KR102119378B1 - Devices and systems for related swing adsorption processes with active controlled feed poppet valves and passively controlled product valves - Google Patents

Devices and systems for related swing adsorption processes with active controlled feed poppet valves and passively controlled product valves Download PDF

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Abstract

스윙 흡착 공정을 수행하기 위한 장치 및 시스템이 제공된다. 이 스윙 흡착 공정은 공급물 스트림을 처리하여 스트림으로부터 특정 오염물들을 제거하기 위해 흡착제 베드 유닛을 통해 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법 및 시스템에서, 능동 제어식 공급물 포핏 밸브는 흡착제 베드 유닛을 통한 스트림의 유동을 관리하기 위해 수동 제어식 생성물 밸브와 동 위상으로 작동된다. An apparatus and system for performing a swing adsorption process is provided. This swing adsorption process may include passing the stream through an adsorbent bed unit to treat the feed stream to remove certain contaminants from the stream. In this method and system, an active controlled feed poppet valve is operated in phase with a manually controlled product valve to manage the flow of the stream through the adsorbent bed unit.

Description

능동 제어식 공급물 포핏 밸브 및 수동 제어식 생성물 밸브를 갖는 관련 스윙 흡착 공정용 장치 및 시스템Devices and systems for related swing adsorption processes with active controlled feed poppet valves and passively controlled product valves

관련 출원에 대한 상호 참조Cross reference to related applications

본 출원은 2015 년 10 월 27 일자로 출원되고 발명의 명칭이 "관련 스윙 흡착 공정들을 위한 장치 및 시스템"인 미국 가출원 제 62/246,922 호의 이익을 주장하며, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 62/246,922, filed October 27, 2015 and entitled "Devices and Systems for Related Swing Adsorption Processes", the entire contents of which are incorporated herein by reference. .

본 기술은 스윙 흡착 공정들과 연계된 시스템에 관한 것이다. 특히, 상기 시스템은 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위해 스트림들을 처리하기 위한 스윙 흡착 공정을 포함한다. The present technology relates to a system associated with swing adsorption processes. In particular, the system includes a swing adsorption process for treating streams to remove contaminants from the stream.

가스 분리는 많은 산업 분야에서 유용하며, 일반적으로 하나 이상의 가스 성분들을 우선적으로 흡착하는 반면, 하나 이상의 다른 가스 성분들은 흡착하지 않는 흡착제 물질 위로 가스 혼합물을 유동시킴으로써 수행될 수 있다. 흡착되지 않은 성분은 개별 생성물로 회수된다. Gas separation is useful in many industries and is generally achieved by preferentially adsorbing one or more gas components, while one or more other gas components can be performed by flowing a gas mixture over an adsorbent material that does not adsorb. Components that are not adsorbed are recovered as individual products.

가스 분리 기술에 대한 하나의 특정 타입은 온도 스윙 흡착(TSA), 압력 스윙 흡착(PSA), 부분 압력 스윙 흡착(PPSA), 고속 순환 온도 스윙 흡착(RCTSA), 고속 순환 압력 스윙 흡착(RCPSA), 고속 순환 부분 압력 스윙 흡착(RCPPSA) 및 비제한적으로 예를 들면 압력 및 온도 스윙 흡착과 같은 상술된 공정들의 조합과 같은 스윙 흡착을 들 수 있다. 예로서, PSA 공정들은 가스 성분들이 압력을 받고 있을 때 흡착제 물질의 용적에 관계없이 또는 기공 구조체 내에 더욱 신속하게 흡착되는 가스 성분 현상에 기초한다. 특히, 가스 압력이 높으면 높을수록, 신속 흡착되는 가스의 양이 더욱 많아진다. 압력이 감소할 때, 흡착된 성분이 해제되거나 또는 상기 흡착제 물질로부터 탈착된다.One specific type of gas separation technology is temperature swing adsorption (TSA), pressure swing adsorption (PSA), partial pressure swing adsorption (PPSA), high speed circulating temperature swing adsorption (RCTSA), high speed circulating pressure swing adsorption (RCPSA), Swing adsorption, such as a combination of high speed circulating partial pressure swing adsorption (RCPPSA) and the aforementioned processes such as but not limited to pressure and temperature swing adsorption. By way of example, PSA processes are based on gas component phenomena where gas components are adsorbed more rapidly, regardless of the volume of adsorbent material or under pressure when the pressure is under pressure. In particular, the higher the gas pressure, the greater the amount of rapidly adsorbed gas. When the pressure decreases, the adsorbed component is released or desorbed from the adsorbent material.

상기 스윙 흡착 공정(예: PSA 및/또는 TSA)은 상이한 가스 성분들이 상기 흡착제 물질의 미세 기공을 상이한 크기로 충전시키는 경향을 갖기 때문에 가스 혼합물의 가스 성분들을 분리시키기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 만약 천연 가스와 같은 가스 혼합물이 메탄보다 이산화탄소에 대해 보다 선택적인 흡착제 물질을 수용하는 용기, 흡착제 베드 유닛을 통해 압력하에 통과될 경우, 상기 이산화탄소의 적어도 일부는 상기 흡착제 물질에 의해 선택적으로 흡착되고, 상기 용기를 나오는 스트림은 메탄으로 풍부하게 된다. 상기 흡착제 베드 상의 흡착제 물질이 이산화탄소를 흡착하기 위해 그 용량의 극한에 도달하였을 때, 그것은 압력을 감소시키고 그에 따라 흡착된 이산화탄소를 방출시킴으로써 재생된다. 다음에, 상기 흡착제 물질은 다른 흡착 주기를 개시하기 전에 일반적으로 퍼지되고 재압축된다. The swing adsorption process (eg PSA and/or TSA) can be used to separate the gas components of the gas mixture because different gas components tend to fill the micropores of the adsorbent material to different sizes. For example, if a gas mixture, such as natural gas, is passed under pressure through a sorbent bed unit, a vessel containing a sorbent material that is more selective for carbon dioxide than methane, at least a portion of the carbon dioxide is selectively adsorbed by the sorbent material And the stream exiting the vessel is enriched with methane. When the adsorbent material on the adsorbent bed has reached the limit of its capacity to adsorb carbon dioxide, it is regenerated by reducing the pressure and thus releasing the adsorbed carbon dioxide. Next, the adsorbent material is generally purged and recompressed before starting another adsorption cycle.

상기 스윙 흡착 공정들은 일반적으로 흡착제 베드 유닛들을 포함하며, 상기 흡착제 베드 유닛들은 하우징 내에 배치되는 흡착제 베드들을 포함하고 유닛 내의 주기에서 다른 단계들에 대하여 다양한 압력들에서 유체들을 유지하도록 구성된다. 이와 같은 흡착제 베드 유닛들은 상기 흡착제 베드 구조체들에서 상이한 포장 재료를 사용한다. 예컨대, 상기 흡착제 유닛들은 체커 브릭(checker brick), 페블 베드(pebble bed) 또는 다른 사용가능한 포장물을 사용한다. 개선으로서, 일부 흡착제 베드 유닛들은 베드 구조체 내에 엔지니어 포장물을 사용할 수 있다. 이와 같은 엔지니어 포장물은 벌집 형상, 세라믹 형상, 구조화된 베드들 등과 같은 특정 구성에 제공되는 물질을 포함할 수 있다. The swing adsorption processes generally include adsorbent bed units, the adsorbent bed units comprising adsorbent beds disposed within the housing and configured to maintain fluids at various pressures for different stages in the cycle within the unit. These adsorbent bed units use different packaging materials in the adsorbent bed structures. For example, the adsorbent units use a checker brick, pebble bed, or other usable packaging. As an improvement, some adsorbent bed units can use engineered packaging within the bed structure. Such engineered packages may include materials provided in certain configurations, such as honeycomb shapes, ceramic shapes, structured beds, and the like.

또한, 다양한 흡착제 베드 유닛들은 주기를 통해서 유체들의 유동을 관리하기 위해 도관들 및 밸브들과 함께 결합될 수 있다. 이들 흡착제 베드 유닛들을 조절하는 공정은 각각의 흡착제 베드 유닛들에 대한 주기들의 단계들을 시스템 내의 다른 흡착제 베드 유닛들과 조정시키는 공정을 포함한다. 완전한 주기는 복수의 가스 스트림들을 하나 이상의 흡착제 베드 유닛들을 통해 이동시킴에 따라 수초에서 수분까지 변할 수 있다.In addition, various adsorbent bed units can be combined with conduits and valves to manage the flow of fluids through the cycle. The process of adjusting these adsorbent bed units includes adjusting the steps of cycles for each adsorbent bed units with other adsorbent bed units in the system. The complete cycle can vary from seconds to minutes as multiple gas streams are moved through one or more adsorbent bed units.

고속 순환 스윙 흡착 공정은 흡착제 베드의 사용가능한 계면 단면 영역에 대하여 밸브에 대한 중요한 풋프린트 또는 레이아웃 영역을 포함한다. 압력 감소가 최소화되는 경우 후속 극저온 공정에 대한 탈수와 같은 처리 작업으로 풋프린트에 대한 이러한 제약이 더욱 복잡해진다. 최적의 배열이 없다면, 필요한 밸브 풋프린트는 밸브가 흡착제 베드 유닛의 크기를 좌우하여 구성을 덜 실용적이고 비싸게 만들 수 있다. 대형 밸브는 통상적으로 포핏 밸브와 같은 특정 유형의 밸브에 대해 밸브 개구의 주변부에서 유동이 발생하기 때문에 밸브 풋프린트(예: 밸브 단면 영역)를 사용할 때 효과적이지 못하다. 이는 균일하게 흡착제 베드의 계면을 가로질러 불량한 유동 분포가 얻어지게 할 수 있다. 또한, 대형 포핏 밸브는 밸브 개방 프로파일에 대해 제한되어, 생성될 수 있는 유동 프로파일을 제한한다.The high-speed circulating swing adsorption process includes an important footprint or layout area for the valve relative to the usable interfacial cross-sectional area of the adsorbent bed. If pressure reduction is minimized, treatment operations such as dehydration for subsequent cryogenic processes further complicate these constraints on the footprint. Without the optimal arrangement, the required valve footprint can make the configuration less practical and expensive as the valve determines the size of the adsorbent bed unit. Large valves are typically not effective when using a valve footprint (e.g. valve cross-sectional area) because flow occurs at the periphery of the valve opening for certain types of valves, such as poppet valves. This can result in a poor flow distribution across the interface of the adsorbent bed uniformly. In addition, large poppet valves are limited to the valve opening profile, limiting the flow profile that can be created.

스윙 흡착 공정을 위한 주기 타이밍을 최적화하기 위해 능동 제어식 밸브 액추에이터가 필요하다. 밸브는 적절하게 밀봉되기 위해 시트면에 대해서 가압되어야 한다. 종래의 스윙 흡착 공정 압력에서, 액추에이터는 밸브를 압력에 대해 개방시키고 밸브를 시트에 대해 폐쇄시키는 상당한 힘을 수반할 수 있다. 이러한 밸브 조정을 처리하는데 필요한 기구로 인하여 보다 큰 압력에서 더욱 복잡하게 되는 밸브 풋프린트 및 가스 압력에 비례하여 부피(예: 장비 풋프린트를 지지) 및 비용이 증가한다. 예컨대, 압력 스윙 공정은 흡착제 베드 유닛 내에 봉입된 가스의 용적을 이동시키기 위해 다양한 단계(예: 공급 또는 흡착 단계 및 퍼지 단계) 사이의 압력 변화를 포함한다. 스윙 흡착 공정에 사용되는 압력 차는 다양한 단계에 대한 유동을 밸브 시트를 가로 질러 음속에 도달하게 유도할 수 있다.An active controlled valve actuator is needed to optimize the cycle timing for the swing adsorption process. The valve must be pressed against the seat surface in order to be properly sealed. At conventional swing adsorption process pressures, the actuator can involve significant force to open the valve against pressure and close the valve against the seat. The mechanism required to handle this valve adjustment increases the volume (eg, supporting the equipment footprint) and costs in proportion to the valve footprint and gas pressure, which becomes more complicated at larger pressures. For example, the pressure swing process involves pressure changes between various stages (eg, feed or adsorption stages and purge stages) to move the volume of gas enclosed within the adsorbent bed unit. The pressure difference used in the swing adsorption process can induce flow for various stages to reach the speed of sound across the valve seat.

따라서, 가스 처리 시스템에서 공급물 스트림의 처리에 대한 개선을 제공하는 장치, 방법 및 시스템에 대한 업계의 요구가 여전히 존재한다. 또한, 스윙 흡착 공정에서의 밸브 개방으로부터의 압력 스윙 중에 문제를 최소화할 수 있는, 가스 스트림의 처리를 위한 설비의 비용, 크기 및 중량의 감소에 대한 필요성이 존재한다.Accordingly, there is still an industry need for apparatus, methods and systems that provide improvements to the treatment of feed streams in gas treatment systems. There is also a need for a reduction in the cost, size and weight of equipment for the treatment of gas streams, which can minimize problems during pressure swings from valve opening in the swing adsorption process.

하나 이상의 실시예에서, 본 기술은 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 공정을 포함한다. 상기 공정은: a) 흡착제 베드 유닛에서 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은 (i) 공급물 입구 도관으로부터 상기 흡착제 베드 유닛의 하우징의 내부 영역에 배치된 흡착제 베드로 가스 공급물 스트림을 통과시키기 위해 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 개방시키는 단계, (ii) 생성물 스트림을 형성하기 위해 상기 가스 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리시키도록 상기 가스 공급물 스트림을 상기 흡착제 베드에 노출시키는 단계, 및 (iii) 상기 하우징 내의 내부 영역으로부터 생성물 도관으로 상기 생성물 스트림을 안내하도록 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브(포핏 밸브, 체크 밸브 또는 리드 밸브와 같은 밸브)를 개방시키는 단계로서, 상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브 각각은, 상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브 중 적어도 하나와 동 위상으로 작동하는, 상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브를 개방시키는 단계를 포함하는, 상기 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계; b) 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 퍼지 출력 스트림에서 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 안내하기 위해 상기 흡착제 베드 유닛 안으로 퍼지 스트림을 통과시키는 단계를 포함하는, 상기 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계; 및 c) 적어도 하나의 추가 주기 동안 상기 단계 a) 내지 b)를 반복하는 단계로서, 주기 지속시간이 1초 초과 600초 미만인 기간동안인, 상기 반복 단계를 포함한다.In one or more embodiments, the present technology includes a process for removing contaminants from the feed stream. The process comprises: a) performing one or more adsorption steps in an adsorbent bed unit, each of the one or more adsorption steps comprising (i) gas from a feed inlet conduit to an adsorbent bed disposed in an inner region of the housing of the adsorbent bed unit. Opening one or more active controlled feed poppet valves to pass the feed stream, (ii) adsorbing the gas feed stream to separate one or more contaminants from the gas feed stream to form a product stream. Exposing to a bed, and (iii) opening one or more manually controlled product valves (such as poppet valves, check valves or reed valves) to direct the product stream from the inner region within the housing to the product conduit, Each of the one or more manually controlled product valves comprises the step of opening the one or more manually controlled product valves, including opening the one or more manually controlled product valves operating in phase with at least one of the one or more active controlled feed poppet valves. Performing; b) performing one or more purge steps, each of the one or more purge steps comprising passing a purge stream into the adsorbent bed unit to direct at least a portion of the one or more contaminants in the purge output stream, wherein Performing one or more purge steps; And c) repeating steps a) to b) for at least one additional cycle, wherein the cycle duration is for a period of time greater than 1 second and less than 600 seconds.

또다른 실시예에서, 가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 스윙 흡착 시스템이 설명된다. 상기 시스템은: 가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 분리하고 스윙 흡착 공정에서 생성물 스트림을 배출하도록 구성된 흡착제 베드 유닛을 포함하고, 상기 흡착제 베드 유닛은: 내부 영역을 형성하는 하우징; 상기 내부 영역 내에 배치된 흡착제 베드; 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브로서, 상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브들 각각은 상기 내부 영역과 상기 내부 영역 외부의 제 1 위치 사이에서 상기 능동 제어식 포핏 밸브를 통해 상기 하우징 내의 개구를 통해 제 1 유체 유동 통로를 제공하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브; 및 하나 이상의 수동 제어식 밸브로서, 상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브 각각은 상기 내부 영역과 상기 내부 영역 외부의 제 2 위치 사이에서 상기 수동 제어식 밸브를 통해 상기 하우징 내의 개구를 통해 제 2 유체 유동 통로를 제공하도록 구성되고 그리고 상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브 각각은 상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브 중 적어도 하나와 동 위상으로 작동되는, 상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브를 포함한다. In another embodiment, a swing adsorption system for removing contaminants from a gas feed stream is described. The system comprises: an adsorbent bed unit configured to separate contaminants from a gas feed stream and discharge the product stream in a swing adsorption process, the adsorbent bed unit comprising: a housing defining an inner region; An adsorbent bed disposed within the inner region; One or more active controlled poppet valves, each of the one or more active controlled poppet valves having a first fluid flow passage through an opening in the housing through the active controlled poppet valve between the inner region and a first location outside the inner region The one or more active controlled poppet valves configured to provide; And one or more manually controlled valves, each of the one or more manually controlled valves providing a second fluid flow passage through an opening in the housing through the manually controlled valve between the inner region and a second position outside the inner region. And wherein each of the one or more manually controlled valves includes the one or more manually controlled valves, operatively in phase with at least one of the one or more active controlled poppet valves.

본 개시의 전술한 이점 및 다른 이점은 실시예의 비제한적인 예에 대한 다음의 상세한 설명 및 도면을 검토할 때 명백해질 수 있다.
도 1은 본 기술의 일 실시예에 따른 6 개의 흡착제 베드 유닛 및 상호연결 배관을 갖는 스윙 흡착 시스템의 3 차원 도면이다.
도 2는 본 기술의 일 실시예에 따른 관련 밸브 조립체 및 매니폴드를 갖는 흡착제 베드 유닛의 일부분의 도면이다.
도 3은 본 기술의 일 실시예에 따른 포핏 밸브 구성을 갖는 예시적인 흡착제 베드 유닛의 단면도이다.
도 4는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 3의 구성에 대한 흡착제 베드 유닛 내의 압력의 예시적인 도면이다.
도 5는 본 기술의 일 실시예에 따른 생성물 배기구 단부로부터의 흡착제 베드 유닛에 대한 예시적인 헤드의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 기술의 일 실시예에 따른 흡착제 베드 유닛에 대한 예시적인 헤드의 예시적인 단면도이다.
도 7은 본 기술의 일 실시예에 따른 흡착제 베드 유닛에 대한 또다른 예시적인 헤드의 예시적인 단면도이다.The foregoing and other advantages of the present disclosure may become apparent upon review of the following detailed description and drawings of non-limiting examples of embodiments.
1 is a three-dimensional view of a swing adsorption system with six adsorbent bed units and interconnecting piping according to one embodiment of the present technology.
2 is a view of a portion of an adsorbent bed unit having an associated valve assembly and manifold according to one embodiment of the present technology.
3 is a cross-sectional view of an exemplary adsorbent bed unit having a poppet valve configuration according to one embodiment of the present technology.
4 is an exemplary view of pressure in the adsorbent bed unit for the configuration of FIG. 3 in accordance with one embodiment of the present technology.
5 is a cross-sectional view of an exemplary head for an adsorbent bed unit from the product outlet end according to one embodiment of the present technology.
6A and 6B are exemplary cross-sectional views of an exemplary head for an adsorbent bed unit according to one embodiment of the present technology.
7 is an exemplary cross-sectional view of another exemplary head for an adsorbent bed unit according to one embodiment of the present technology.

달리 설명하지 않는 한, 본 발명에 사용된 모든 기술 및 과학적 개념들은 본 기술이 포함하고 있는 기술 분야의 당업자들에게는 공통으로 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 단일 용어들인 관사(a, an 및 the)는 그 내용이 명확하게 달리 명기하지 않는한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 마찬가지로, 용어 "또는"은 그 내용이 명확하게 달리 명기하지 않는한 "및"을 포함하도록 의도된다. 용어 "포함하는"은 "구비하는"을 의미한다. 본원에 언급된 모든 특허 및 공보들은 달리 지시하지 않는한 참고를 위해 그 전체가 본원에 합체된다. 용어나 구문의 의미와 상충되는 경우, 개념들의 설명을 포함하는 본 명세서는 조절된다. 본원에서 "상부", "하부", "상위부", "저부", "전방", "후방", "수직" 및 "수평"과 같은 방향을 나타내는 개념들은 다양한 요소들 사이의 관계를 표시하고 명료화하기 위해 사용된다. 이와 같은 용어들은 절대적인 배향을 의미하지 않는다는 사실을 이해해야 한다(예: "수직" 성분은 디바이스를 회전시킴으로써 수평으로될 수 있다). 본원에 인용된 물질들, 공정들 및 예들은 오직 설명을 위한 것이며 제한을 목적으로 의도되지 않는다.Unless otherwise stated, all technical and scientific concepts used in the present invention have the same meaning that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art. The single terms, articles (a, an, and the) include a plurality of targets, unless the content clearly dictates otherwise. Likewise, the term “or” is intended to include “and” unless the content clearly dictates otherwise. The term "comprising" means "equipped". All patents and publications mentioned herein are incorporated herein in their entirety for reference, unless otherwise indicated. In case of conflict with the meaning of a term or phrase, the present specification, including descriptions of the concepts, is adjusted. Concepts representing directions such as "top", "bottom", "top", "bottom", "front", "rear", "vertical" and "horizontal" herein represent relationships between various elements Used for clarity. It should be understood that these terms do not imply absolute orientation (eg, a “vertical” component can be leveled by rotating the device). The materials, processes and examples cited herein are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting.

본원에 사용된 바와 같은, "스트림"은 다양한 장비를 통해 안내되는 유체(예: 고체, 액체 및/또는 가스)와 관련된다. 상기 장비는 도관, 혈관, 매니폴드, 유닛 또는 기타 적합한 디바이스를 포함할 수 있다.As used herein, “stream” refers to fluids (eg, solids, liquids and/or gases) that are directed through various equipment. The equipment may include conduits, blood vessels, manifolds, units or other suitable devices.

"직접 유동 교통" 또는 "직접 유체 교통"이란 용어는 중간에 밸브 또는 유동을 방해하기 위한 기타 폐쇄 수단이 없는 직접적인 유동 교통을 의미한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 변형도 본 기술의 범위 내에서 고려될 수 있다.The terms “direct flow traffic” or “direct fluid traffic” mean direct flow traffic without intermediate valves or other means of blocking to prevent flow. As can be appreciated, other variations can also be considered within the scope of the present technology.

용어 "계면 단면 영역"은 스트림이 흡착제 베드에 진입하거나 흡착제 베드를 빠져 나가는 흡착제 베드의 단부의 단면 영역을 의미한다. 예컨대, 공급물 스트림이 제 1 단부에서 흡착제 베드에 진입하면, 제 1 단부의 단면 영역은 계면 단면 영역이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 변형도 본 기술의 범위 내에서 고려될 수 있다.The term “interface cross-sectional area” refers to the cross-sectional area of the end of the adsorbent bed where the stream enters or exits the adsorbent bed. For example, when the feed stream enters the adsorbent bed at the first end, the cross-sectional area at the first end is the interface cross-sectional area. As can be appreciated, other variations can also be considered within the scope of the present technology.

본원에 사용된 바와 같은 "도관"은 유체들과 같은 임의의 것이 운반되는 채널을 형성하는 관형 부재와 관련된다. 이와 같은 도관은 하나 이상의 파이프, 매니폴드, 튜브 등을 포함할 수 있다.“Conduit” as used herein relates to a tubular member forming a channel through which anything, such as fluids, is carried. Such conduits can include one or more pipes, manifolds, tubes, and the like.

"직접 유동 교통" 또는 "직접 유체 교통"이란 용어는 중간에 밸브 또는 유동을 방해하기 위한 기타 폐쇄 수단 없이 직접적인 유동 교통을 의미한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 변형도 본 기술의 범위 내에서 고려될 수 있다.The terms "direct flow traffic" or "direct fluid traffic" mean direct flow traffic without intermediate valves or other closing means to obstruct flow. As can be appreciated, other variations can also be considered within the scope of the present technology.

용어 "계면 단면 영역"은 스트림이 흡착제 베드에 진입하거나 흡착제 베드를 빠져 나가는 흡착제 베드의 단부의 단면 영역을 의미한다. 예컨대, 공급물 스트림이 제 1 단부의 흡착제 베드에 진입하면, 제 1 단부의 단면 영역은 계면 단면 영역이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 변형도 본 기술의 범위 내에서 고려될 수 있다.The term “interface cross-sectional area” refers to the cross-sectional area of the end of the adsorbent bed where the stream enters or exits the adsorbent bed. For example, when the feed stream enters the adsorbent bed at the first end, the cross-sectional area at the first end is the interface cross-sectional area. As can be appreciated, other variations can also be considered within the scope of the present technology.

용어 "동 위상으로 작동한다(operate in phase)"는 실질적으로 적어도 80 %의 중첩 또는 바람직하게는 적어도 90 %의 중첩[100% 중첩은 동일하거나 완전히 동 위상임]과 함께 개폐하는 2개 이상의 입구 밸브 또는 2개 이상의 출구 밸브와 같은 2개 이상의 밸브를 의미한다. 예컨대, 밸브가 특정 상태(예: 개방 또는 폐쇄)에 있는 시간 간격을 고려하면, 그 시간 간격의 적어도 80% 또는 적어도 90 %는 "동 위상(in phase)"인 모든 밸브에 공통적이다. 다른 예로서, 2개의 밸브가 10초 동안 개방되는 경우, 밸브가 동시에 적어도 8초 동안 동시에 개방되면 밸브는 적어도 80% 중첩된다. 본 기술의 특정 실시예에서, 동 위상의 밸브는 개방에서 폐쇄로 이동을 시작하기 위한 시간의 범위를 가질 수 있다. 예컨대, 제 1 밸브는 시간 0에서 개방을 시작할 수 있고, 동일 위상의 최종 밸브는 미래의 t0(전형적으로 밸브 개방 시간의 작은 부분 또는 밸브 개방 시간의 일부 실시예에서 작은 부분에)에서 임의의 시간에 개방을 시작할 수 있고 여전히 동일한 유체 유동 구성 및 방향을 갖는다. 동 위상의 밸브는 같은 리프트 높이까지 개방되거나 개방되지 않을 수 있다. 동 위상의 밸브의 경우, 최고 리프트 높이를 가진 밸브에서 최저 리프트 높이를 가진 밸브까지의 높이, 최저 리프트 높이가 최고 리프트 높이를 가진 밸브의 리프트 높이의 20% 또는 50 %까지 내려갈 수 있다.The term "operate in phase" is substantially two or more inlets that open and close together with at least 80% overlap or preferably at least 90% overlap (100% overlap is the same or completely in phase). Means two or more valves, such as a valve or two or more outlet valves. For example, considering a time interval in which a valve is in a certain state (eg open or closed), at least 80% or at least 90% of the time interval is common to all valves that are “in phase”. As another example, if two valves are open for 10 seconds, the valves overlap at least 80% if the valves are open simultaneously for at least 8 seconds. In certain embodiments of the present technology, in-phase valves can have a range of time to start moving from open to closed. For example, the first valve may start opening at time 0, and the final valve in co-phase may be any time at a future t0 (typically a small portion of the valve opening time or a small portion in some embodiments of the valve opening time). Can start to open and still have the same fluid flow configuration and orientation. In-phase valves may or may not open to the same lift height. For in-phase valves, the height from the valve with the highest lift height to the valve with the lowest lift height, and the lowest lift height can go down to 20% or 50% of the lift height of the valve with the highest lift height.

포핏 밸브의 사용은 밸브가 알려진 구성을 포함하여 기밀 밀봉을 제공하고 주기의 가요성 타이밍을 제공하기 때문에 흡착제 베드 유닛에 유리하다. 스윙 흡착 공정의 경우 가요성 타이밍은 전기 유압 또는 전기 공압 기구를 통해 제어되는 블로우다운 단계 및 재가압 단계를 관리하는데 유용할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 스윙 흡착 공정에 관련된 압력 및 유량은 결과적으로 포핏 밸브가 흡착제 베드 유닛의 크기를 지배하게 되는 풋프린트를 갖는 포핏 밸브를 수반할 수 있다. 또한, 유동이 밸브 포핏의 둘레 주위에서 발생함에 따라, 포핏 밸브의 크기는 유동을 흡착제 베드의 계면에 균일하게 분포시키는 것을 어렵게 할 수 있다. 또한, 대형 포핏 밸브는 밸브 개방 프로파일에 대해 제한되어 있어 생성될 수 있는 유동 프로파일을 제한한다.The use of a poppet valve is advantageous for the adsorbent bed unit because the valve provides a hermetic seal, including known configurations, and provides flexible timing of the cycle. In the case of a swing adsorption process, the flexible timing can be useful for managing blowdown steps and repressurization steps controlled via electro-hydraulic or electro-pneumatic instruments. However, as described above, the pressure and flow rate associated with the swing adsorption process may involve a poppet valve having a footprint that results in the poppet valve governing the size of the adsorbent bed unit. In addition, as flow occurs around the perimeter of the valve poppet, the size of the poppet valve can make it difficult to distribute the flow evenly over the interface of the adsorbent bed. In addition, large poppet valves are limited to the valve opening profile, limiting the flow profile that can be created.

주기 타이밍을 최적화하기 위해, 흡착제 베드 유닛의 밸브는 능동 제어식 밸브 액추에이터를 가지고 있으며, 이는 능동 제어식 포핏 밸브로 칭할 수 있다. 그러나, 본 기술은 흡착제 베드를 통한 스트림의 유동을 관리하기 위해 포핏 밸브, 체크 밸브 또는 리드 밸브일 수 있는 하나 이상의 수동 제어식 밸브와 함께 능동 제어식 포핏 밸브의 조합을 포함한다. 수동 제어식 밸브는 개방 및/또는 폐쇄되는 압력 차에 의존할 수 있다. 예로서, 수동 작동식 밸브가 포핏 밸브인 경우, 포핏 밸브는 각각의 착석면에 대해 유체 유동을 폐쇄 또는 방지하도록 강제된다. 수동 제어식 포핏 밸브는 지지 장치가 밸브의 위치(예: 개방 또는 폐쇄)를 관리하는 기구를 줄일 수 있다. 또한, 수동 제어식 밸브를 사용하면 기존의 흡착제 베드 유닛에 비해 풋프린트 및 자본 투자를 줄일 수 있다.To optimize cycle timing, the valve of the adsorbent bed unit has an active controlled valve actuator, which can be referred to as an active controlled poppet valve. However, the present technology includes a combination of active controlled poppet valves with one or more manually controlled valves, which can be poppet valves, check valves or reed valves to manage the flow of the stream through the adsorbent bed. The manually controlled valve can rely on the pressure difference being opened and/or closed. For example, if the manually operated valve is a poppet valve, the poppet valve is forced to close or prevent fluid flow for each seating surface. The manually controlled poppet valve can reduce the mechanism by which the support device manages the position of the valve (eg open or closed). In addition, the use of manually controlled valves can reduce footprint and capital investment compared to conventional adsorbent bed units.

본 기술은 흡착제 베드 유닛을 통한 유체의 유동을 관리하기 위해 하나 이상의 수동 제어식 밸브 및 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브를 갖는 하나 이상의 흡착제 베드 유닛을 포함하는 스윙 흡착 시스템을 포함한다. 흡착제 베드 유닛은 실질적으로 가스 불투과성 파티션을 형성하는 헤드 부분 및 다른 본체 부분을 포함할 수 있는 하우징을 포함할 수 있다. 흡착제 베드는 하우징의 내부 영역과 하우징의 내부 영역의 외부 위치 사이의 하우징 내의 개구를 통해 유체 유동 통로를 제공하는 복수의 밸브들(예: 수동 제어식 밸브 및/또는 능동 제어식 포핏 밸브)에 인접하여 하우징 내에 배치된다. 밸브의 구성은 임의의 다양한 밸브 패턴 또는 밸브 유형의 구성일 수 있다. 예로서, 흡착제 베드 유닛은 상이한 스트림과 관련된 상이한 도관과 각각 유동 교통하는 하나 이상의 포핏 밸브를 포함할 수 있다. 포핏 밸브는 흡착제 베드와 각각의 도관, 매니폴드 또는 헤더 중 하나 사이에 유체 교통을 제공할 수 있다.The present technology includes a swing adsorption system comprising one or more adsorbent bed units with one or more passively controlled valves and one or more active controlled poppet valves to manage the flow of fluid through the adsorbent bed unit. The adsorbent bed unit can include a housing that can include a head portion and other body portions that form a substantially gas impermeable partition. The adsorbent bed is adjacent to a plurality of valves (eg, manually controlled valves and/or active controlled poppet valves) that provide a fluid flow passage through the opening in the housing between the inner region of the housing and the outer location of the inner region of the housing. Is placed within. The configuration of the valve can be any of a variety of valve patterns or valve types. As an example, the adsorbent bed unit can include one or more poppet valves, each in flow communication with different conduits associated with different streams. A poppet valve can provide fluid communication between the adsorbent bed and one of each conduit, manifold or header.

능동 제어식 포핏 밸브 조립체로 지칭될 수 있는 능동 제어식 포핏 밸브는 헤드 내에 설치 가능한 디스크 요소 또는 헤드 내에 삽입된 개별 밸브 시트 내에 설치 가능한 디스크 요소에 고정된 스템 요소를 각각 포함할 수 있다. 스템 요소는 각각의 밸브가 각각의 스템 요소에 선형 운동을 부여하도록 구성된 전자 유압식 또는 전기 공압식 작동 기구와 같은 작동 기구에 결합될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 작동 기구는 단일 밸브를 작동시키는 공정의 상이한 단계에 대해 독립적으로 작동될 수 있거나 또는 단일 작동 기구가 2개 이상의 밸브를 제어하는데 사용될 수 있다. 일 예로서, 능동 제어식 포핏 밸브를 개방시키는 단계는 적어도 하나의 밸브 스템에 결합된 디스크 요소와 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 시트 사이에 개구를 제공하기 위해 적어도 하나의 밸브 스템을 작동 기구로써 선형 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 직선 경로를 따를 수 있는 선형 이동은 비례적이거나 다른 구성에 비례하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 능동 제어식 포핏 밸브를 개방시키는 단계는 개구들을 제공하기 위해 밸브 스템에 고정된 리프트 플레이트를 작동 기구로써 선형 이동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 밸브 스템 각각은 디스크 요소에 고정되고, 또는 각각의 개구들은 디스크 요소와 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 관련 시트 사이의 유동 경로 또는 갭을 형성한다. Actively controlled poppet valves, which may be referred to as active controlled poppet valve assemblies, may each include a stem element secured to a disc element installable in the head or a disc element installable in a separate valve seat inserted in the head. The stem element can be coupled to an actuating mechanism, such as an electro-hydraulic or electro-pneumatic actuating mechanism, wherein each valve is configured to impart linear motion to each stem element. As can be appreciated, the actuation mechanism can be operated independently for different stages of the process of activating a single valve, or a single actuation mechanism can be used to control two or more valves. As an example, the step of opening an active controlled poppet valve linearly actuates at least one valve stem to provide an opening between a disc element coupled to the at least one valve stem and a seat secured to the housing of the adsorbent bed unit. And moving. Linear movements that can follow a straight path may be proportional or not proportional to other configurations. As another example, opening the active controlled poppet valve may include linearly moving the lift plate fixed to the valve stem as an actuating mechanism to provide openings, each of the valve stems being fixed to the disc element, or Each opening forms a flow path or gap between the disc element and the associated sheet secured to the housing of the adsorbent bed unit.

수동 제어식 밸브는 수동 제어식 포핏 밸브, 수동 제어식 체크 밸브, 수동 제어식 리드 밸브 및 기타 적절한 수동 제어식 밸브를 포함할 수 있다. 예컨대, 수동 제어식 포핏 밸브 조립체로 지칭될 수 있는 수동 제어식 포핏 밸브는 헤드 내에 설치 가능한 디스크 요소 또는 헤드 내에 삽입된 개별 밸브 시트 내에 설치 가능한 디스크 요소에 고정된 스템 요소를 각각 포함할 수 있다. 스템 요소는 각각의 밸브가 각각의 스템 요소에 선형 운동을 부여하도록 구성된 스프링 또는 다른 편향 기구와 같은 편향 기구에 결합될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 편향 기구는 공정의 상이한 단계에 대해 독립적으로 작동될 수 있고 단일 밸브 또는 2개 이상의 밸브를 작동시키기 위해 압력 차에 기초하여 작동될 수 있다. 수동 제어식 포핏 밸브의 한 구성은 스프링 장전식 수동 제어식 포핏 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 스프링 장전 구성에서, 디스크 요소는 중공의 스템 요소 내에 적어도 부분적으로 배치된 스프링을 갖는 중공의 스템 요소와 일체형 구성요소일 수 있다. 예컨대, 수동 제어식 포핏 밸브의 개방은 적어도 하나의 생성물 밸브 스템에 결합된 생성물 디스크 요소와 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 생성물 시트 사이에 생성물 개구를 제공하기 위해 생성물 편향 기구에 의해서 적어도 하나의 생성물 밸브 스템을 선형 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 생성물 편향 기구는 내부 영역과 생성물 도관 사이에서 특정 임계치를 초과하는 압력 차에 기초하여 선형 이동하도록 구성될 수 있다. 다른 구성에서, 압력 차에 기초한 선형 이동은 동 위상으로 작동하는 다양한 밸브에 대해 상이할 수 있다. 예컨대, 동 위상으로 작동하는 수동 제어식 밸브는 25% 미만, 20% 미만 또는 10% 미만의 범위 또는 차동 창을 포함할 수 있다(예: 차동 창은 최고 압력 차에서 최저 압력 차를 빼고 그 차이는 최고 압력 차로써 나누어서 계산될 수 있음). 또다른 예로서, 수동 제어식 밸브는 일 단부에 고정된 금속 또는 복합 재료의 가요성 스트립으로 구성되고 수동 제어식 유동 영역을 개방하도록 구부러지는 리드 밸브로서 구성될 수 있다. 수동 제어식 리드 밸브는 주어진 풋프린트에서 주어진 압력 차에서 더 많은 유량을 제공하기 위해 활용될 수 있다.Manual controlled valves may include manually controlled poppet valves, manually controlled check valves, manually controlled reed valves, and other suitable manually controlled valves. For example, a manually controlled poppet valve, which may be referred to as a manually controlled poppet valve assembly, may each include a stem element secured to a disc element installable in the head or a disc element installable in a separate valve seat inserted in the head. The stem element can be coupled to a deflection mechanism such as a spring or other deflection mechanism where each valve is configured to impart linear motion to each stem element. As can be understood, the deflection mechanism can be operated independently for different stages of the process and can be operated based on a pressure difference to operate a single valve or two or more valves. One configuration of a manually controlled poppet valve may include a spring loaded manually controlled poppet valve. In this spring loaded configuration, the disc element can be an integral component with the hollow stem element having a spring disposed at least partially within the hollow stem element. For example, the opening of a manually controlled poppet valve can be achieved by at least one product valve by a product biasing mechanism to provide a product opening between a product disc element coupled to the at least one product valve stem and a product seat secured to the housing of the adsorbent bed unit. And linearly moving the stem. The product deflection mechanism can be configured to move linearly based on a pressure difference exceeding a certain threshold between the inner region and the product conduit. In other configurations, linear movement based on pressure difference can be different for various valves operating in phase. For example, a manually controlled valve operating in phase may contain less than 25%, less than 20%, or less than 10% or a differential window (e.g., a differential window minus the lowest pressure difference from the highest pressure difference and the difference is It can be calculated by dividing by the highest pressure difference). As another example, the manually controlled valve can be configured as a flexible strip of metal or composite material fixed at one end and can be configured as a reed valve that is bent to open the manually controlled flow region. Manual controlled reed valves can be utilized to provide more flow at a given pressure difference at a given footprint.

수동 제어식 밸브 및/또는 능동 제어식 포핏 밸브의 구성은 상이한 스트림에 대해 다르게 작동할 수 있다. 예컨대, 수동 제어식 밸브 및/또는 능동 제어식 포핏 밸브의 개방은 공급물 디스크 요소를 흡착제 베드로부터 멀리 이동시켜 디스크 요소와 시트 사이에 갭을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 구성은 하나 이상의 단계를 수행하는 동안 하나 이상의 수동 제어식 밸브로부터의 누설을 방지하기 위해 내부 영역과 각각의 도관 사이의 압력 차로부터 하나 이상의 수동 제어식 밸브들 각각에 대해 디스크 요소에 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 공급물 포핏 밸브는 흡착제 베드로부터 멀어지게 이동하고 공급 도관 내의 압력을 이용하여 밸브를 각각의 공급물 시트에 유지시킬 수 있다.The configuration of passively controlled valves and/or actively controlled poppet valves can operate differently for different streams. For example, opening of the passively controlled valve and/or actively controlled poppet valve may include moving the feed disk element away from the adsorbent bed to form a gap between the disk element and the seat. The configuration comprises applying pressure to the disc element for each of the one or more manually controlled valves from the pressure difference between the inner region and each conduit to prevent leakage from the one or more manually controlled valves during one or more steps. It can contain. For example, the feed poppet valve can move away from the adsorbent bed and use pressure in the feed conduit to maintain the valve in each feed seat.

또한, 수동 제어식 밸브 및/또는 능동 제어식 포핏 밸브의 세트는 스윙 흡착 공정을 위해 동 위상으로 작동할 수 있다. 예컨대, 스윙 흡착 공정 주기는 총합으로 주기 시간이 되는 특정 시간 간격을 각각 갖는 둘 이상의 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계는 흡착 단계 이후의 재생 단계를 포함하며 압력 스윙, 진공 스윙, 온도 스윙, 퍼징(공정에 적합한 임의의 유형의 퍼지 유체를 통해) 및 이들의 조합을 포함하는 단계에서 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예로서, 스윙 흡착 공정은 흡착, 감압, 퍼징 및 재가압과 같은 하나 이상의 단계를 포함하는 주기를 포함할 수 있다. 고압에서 분리를 수행하는 경우, 감압 및 재가압(평형화 단계라고도 함)을 여러 단계로 수행하여 각 단계의 압력 변화를 줄이고 효율을 개선시킨다. 고속 순환 스윙 흡착 공정과 같은 일부 스윙 흡착 공정에서, 전체 주기 시간의 상당 부분은 흡착제 베드의 재생에 수반된다. 본 기술은 주기에서 하나 이상의 스윙 흡착 단계에 대해 적어도 하나의 수동 제어식 밸브를 적어도 하나의 능동 제어식 포핏 밸브와 조합시키는 단계를 포함할 수 있다. 예로서, 공급 또는 흡착 단계는 흡착제 베드 유닛의 공급물 입구 측의 능동 제어식 포핏 밸브와 포핏 밸브, 체크 밸브 또는 리드 밸브일 수 있는 흡착제 베드 유닛의 생성물 배기구 측의 수동 제어식 밸브를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 퍼지 단계는 흡착제 베드 유닛의 퍼지 배기구 측의 능동 제어식 포핏 밸브와 흡착제 베드 유닛의 퍼지 입구 측의 수동 제어식 밸브를 포함할 수 있다.In addition, a set of passively controlled valves and/or actively controlled poppet valves can operate in phase for the swing adsorption process. For example, a swing adsorption process cycle can include two or more steps, each with a specific time interval that, in total, becomes the cycle time. This step includes a regeneration step after the adsorption step, and various methods can be used in the step including pressure swing, vacuum swing, temperature swing, purging (through any type of purge fluid suitable for the process), and combinations thereof. . As an example, the swing adsorption process can include a cycle that includes one or more steps such as adsorption, reduced pressure, purging and repressurization. When separation is performed at high pressure, decompression and re-pressurization (also referred to as an equilibration step) are performed in several steps to reduce pressure change in each step and improve efficiency. In some swing adsorption processes, such as high-speed circulating swing adsorption processes, a significant portion of the total cycle time is involved in the regeneration of the adsorbent bed. The present technology may include combining at least one passively controlled valve with at least one actively controlled poppet valve for one or more swing adsorption steps in a cycle. As an example, the feeding or adsorption step may include an active controlled poppet valve on the feed inlet side of the adsorbent bed unit and a manually controlled valve on the product outlet side of the adsorbent bed unit, which can be a poppet valve, a check valve or a reed valve. As another example, the purge step may include an active controlled poppet valve on the purge outlet side of the adsorbent bed unit and a manually controlled valve on the purge inlet side of the adsorbent bed unit.

하나 이상의 실시예에서, 본 기술은 하나 이상의 흡착제 베드 유닛을 포함하는 스윙 흡착 시스템을 포함한다. 하나 이상의 흡착제 베드 유닛 각각은 제 1 단부 및 제 2 단부; 내부 영역에서 제 1 및 제 2 단부 사이의 흡착제 베드 유닛의 하우징 내에 배치되고 공급물 스트림으로부터 적어도 하나의 가스 성분을 제거하는데 사용되는 흡착제 베드; 흡착제 베드 유닛의 제 1 단부에 적어도 하나의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브 및 적어도 하나의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브를 개폐하기 위한 공급물 입구 포핏 밸브 작동 시스템을 포함하는 공급물 유입 제어 장치; a) 적어도 하나의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브를 개방하기 위한 타이밍, b) 적어도 하나의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브의 개방 지속시간, c) 적어도 하나의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브의 개방 속도 및 d) 적어도 하나의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브의 폐쇄 속도 중 적어도 2개를 제어하는 공급 제어 모듈; 흡착 용기의 제 1 단부에 적어도 하나의 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브를 포함하는 퍼지 배기구 제어 장치; 상기 적어도 하나의 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브를 개폐하는 퍼지 배기구 포핏 밸브 작동 시스템; a) 적어도 하나의 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브를 개방하는 타이밍, b) 적어도 하나의 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브의 개방 지속시간, c) 상기 적어도 하나의 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브의 개방 속도 및 d) 상기 적어도 하나의 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브의 폐쇄 속도 중 적어도 2개를 제어하는 퍼지 제어 모듈; 흡착 용기의 제 2 단부에 적어도 하나의 수동 작동식 생성물 밸브를 포함하고 내부 영역 내의 압력과 생성물 배기구 도관 사이의 차이가 적어도 하나의 수동 작동식 생성물 밸브의 개폐를 제어하는 생성물 배기구 제어 장치; 그리고 흡착제 베드 유닛의 제 2 단부에 적어도 하나의 수동 작동식 퍼지 밸브를 포함하고, 내부 영역 내의 압력과 퍼지 도관 사이의 차이가 적어도 하나의 수동 작동식 생성물 퍼지 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하는 퍼지 공급 제어 장치를 구비한다. In one or more embodiments, the present technology includes a swing adsorption system comprising one or more adsorbent bed units. Each of the one or more adsorbent bed units includes a first end and a second end; An adsorbent bed disposed in the housing of the adsorbent bed unit between the first and second ends in the inner region and used to remove at least one gas component from the feed stream; A feed inlet control device comprising a feed inlet poppet valve actuation system for opening and closing at least one active actuated feed poppet valve and at least one active actuated feed poppet valve at a first end of the adsorbent bed unit; a) timing for opening at least one active actuated feed poppet valve, b) duration of opening of at least one active actuated feed poppet valve, c) opening speed of at least one active actuated feed poppet valve And d) a supply control module controlling at least two of the closing speeds of the at least one active actuated feed poppet valve. A purge vent control device comprising at least one active actuated purge poppet valve at a first end of the adsorption vessel; A purge vent poppet valve actuation system that opens and closes the at least one active actuated purge poppet valve; a) timing to open at least one active actuated purge poppet valve, b) duration of opening of the at least one active actuated purge poppet valve, c) opening speed of the at least one active actuated purge poppet valve and d) A purge control module controlling at least two of the closing speeds of the at least one active actuated purge poppet valve; A product outlet control device including at least one manually operated product valve at a second end of the adsorption vessel and wherein a difference between pressure in the inner region and the product outlet conduit controls opening and closing of the at least one manually operated product valve; And a purge supply comprising at least one manually operated purge valve at the second end of the adsorbent bed unit, wherein the difference between the pressure in the inner region and the purge conduit controls the opening or closing of the at least one manually operated product purge valve. And a control device.

다른 실시예에서, 스윙 흡착 시스템은 다양한 개선을 포함할 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브는 역작동 포핏 밸브일 수 있으며, 또한 복수의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브 및/또는 하나 이상의 능동 작동식 공급물 포핏 밸브 및/또는 하나 이상의 수동 작동식 생성물 배기구 밸브의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브는 전방향 타입 포핏 밸브일 수 있다. 능동 작동식 공급물 포핏 밸브 및/또는 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브는 또한 리프트 플레이트를 포함할 수 있는 공통 작동 시스템을 포함할 수 있거나 또는 개별 능동 작동식 공급물 포핏 밸브가 다양한 치수의 밸브 래시(valve lash)를 구비하여 능동 작동식 공급물 포핏 밸브의 순차적 개방을 용이하게 할 수 있다. 또한, 수동 작동식 생성물 포핏 밸브 및/또는 수동 작동식 퍼지 포핏 밸브는 각각의 포핏 밸브를 폐쇄 상태로 유지하고 원하는 압력 차에서 각각의 포핏 밸브를 개방하도록 구성된 스프링형 장치를 포함할 수 있다. 또한, 공급 제어 모듈 및/또는 퍼지 제어 모듈은 프로세서, 메모리 및 메모리에 저장된 명령 세트를 포함할 수 있으며, 예컨대, 능동 작동식 공급물 포핏 밸브 및/또는 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브와 같은 각각의 능동 작동식 포핏 밸브의 개방 시퀀스, 개방 시간, 개방 속도 및/또는 폐쇄 속도를 결정하는 수치 계산을 수행하도록 구성될 수 있다 In other embodiments, the swing adsorption system can include various improvements. For example, the at least one active actuated feed poppet valve may be a reverse acting poppet valve, and may also include a plurality of active actuated feed poppet valves and/or one or more active actuated feed poppet valves and/or one or more passive actuations. Expression product may include a combination of exhaust valves. Further, the at least one active actuated purge poppet valve may be an omnidirectional type poppet valve. Active actuated feed poppet valves and/or active actuated purge poppet valves may also include a common actuating system that may include a lift plate, or individual active actuated feed poppet valves may be configured to provide valve dimensions of varying dimensions. lash) to facilitate sequential opening of the active actuated feed poppet valve. In addition, the manually operated product poppet valve and/or the manually operated purge poppet valve may include a spring-type device configured to keep each poppet valve closed and open each poppet valve at a desired pressure difference. In addition, the supply control module and/or the purge control module may include a processor, memory, and a set of instructions stored in the memory, such as each active active feed poppet valve and/or each active active purge poppet valve. It can be configured to perform numerical calculations to determine the opening sequence, opening time, opening speed and/or closing speed of the actuated poppet valve.

또한, 다른 실시예에서, 스윙 흡착 시스템은 추가 개선을 포함할 수 있다. 예컨대, 시스템은 포핏 밸브용 공기/가스 스프링을 갖는 컴퓨터 제어 전자 유압식 액추에이터를 포함할 수 있고; 공급물 포핏 밸브를 위한 역작동 포핏 밸브 및/또는 전방향 작동 포핏 밸브 중 하나 이상을 사용할 수 있고; 바람직한 복수의 공급 밸브를 사용할 수 있고; 및/또는 공정 스트림을 사용하여 포핏 밸브(예: 수동 제어식 포핏 밸브)를 작동시킬 수 있다. 다른 예로서, 시스템은 포핏 밸브와 관련된 리프트 플레이트를 안내하기 위해 환형 액추에이터 피스톤을 사용할 수 있고; 포핏 밸브와 관련된 환형 피스톤에 2개 이상의 리프트 정지부(lift stop)을 사용할 수 있고; 포핏 밸브와 관련된 리프트 정지부에 테이퍼 댐퍼(tapered damper)를 사용할 수 있고; 유동 프로파일을 조정하기 위해 다른 포핏 밸브가 개방되기 전에 하나 이상의 포핏 밸브를 개방하기 위해 선택된 래쉬 조정을 사용할 수 있다. 또한, 또다른 예로서, 시스템은 흡착제 베드 유닛의 하부에 수동 작동식 밸브 및 흡착제 베드 유닛의 상부에 능동 작동식 포핏 밸브(예: 관련된 작동 기구를 가짐)를 배치하는 단계; 공정 플랜지로부터 외부 누설을 제한하기 위해 허메틱 밀봉 구획부 또는 흡착제 베드 유닛 내에 하나 이상의 능동 작동식 포핏 밸브용 작동 기구를 배치하는 단계; 및/또는 포핏 밸브의 다양한 세트에 의해 작용되는 유동 스트림에 대한 연결부의 수를 증가시키기 위해 흡착제 베드 유닛의 헤드의 방사상 또는 원주 방향으로의 분할을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. Also, in other embodiments, the swing adsorption system may include further improvements. For example, the system may include a computer-controlled electro-hydraulic actuator having an air/gas spring for the poppet valve; One or more of a reverse operated poppet valve and/or an omnidirectional operated poppet valve for the feed poppet valve; A plurality of preferred supply valves can be used; And/or a process stream can be used to operate a poppet valve (eg a manually controlled poppet valve). As another example, the system can use an annular actuator piston to guide the lift plate associated with the poppet valve; Two or more lift stops may be used for the annular piston associated with the poppet valve; A tapered damper can be used at the lift stop associated with the poppet valve; A selected lash adjustment can be used to open one or more poppet valves before other poppet valves are opened to adjust the flow profile. Further, as another example, the system may include placing a manually operated valve at the bottom of the adsorbent bed unit and an active operated poppet valve (eg having an associated actuating mechanism) at the top of the adsorbent bed unit; Placing an actuating mechanism for one or more active actuated poppet valves in a hermetic sealing compartment or adsorbent bed unit to limit external leakage from the process flange; And/or using radial or circumferential splitting of the head of the adsorbent bed unit to increase the number of connections to the flow stream acted by the various sets of poppet valves.

본 기술은 다양한 스트림(예: 공급물 스트림, 생성물 스트림, 가열 스트림 및 퍼지 스트림)에 대한 안정된 유체 유동을 유지하기 위하여 상이한 주기(예: 서로 동기화되지 않음)의 단계들을 수행하는 유사 주기에서 작동되는 2개 이상의 흡착제 베드를 사용하는 단계를 수반할 수 있다. The technology operates in a similar cycle that performs steps of different cycles (eg, out of sync with each other) to maintain stable fluid flow for various streams (eg feed stream, product stream, heat stream and purge stream). It may involve the step of using two or more adsorbent beds.

또한, 다른 실시예에서, 상이한 스트림의 압력은 변화될 수 있다. 예컨대, 공급물 스트림은 50 bara(bar absolute) 내지 150 bara 범위, 40 bara 내지 150 bara 범위, 또는 바람직하게는 50 bara 내지 100 bar 범위의 공급 압력을 포함할 수 있지만, 반드시 이 범위로 제한되지는 않는다. 공급 온도는 0 ℉ 내지 200 ℉ 의 범위, 20 ℉ 내지 175 ℉의 범위 또는 40 ℉ 내지 150 ℉의 범위일 수 있다. 블로우다운 압력, 가열 압력 및 퍼지 압력은 주기에 따라 조정될 수 있고, 사용되는 흡착제 물질에 따라 좌우될 수 있고 및/또는 진공에서 공급 압력의 범위일 수 있다. 예컨대, 흡착제 물질이 제올라이트 4A인 경우, 블로우다운 압력 범위는 0.01 bara 내지 40 bara일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 bara 내지 30 bara 범위일 수 있다. 이 예는 CO2 및/또는 물과 같은 오염물의 공급 농도에 따라 좌우될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 감압 단계가 압력 스윙이 각각의 단계 동안 메탄 탈착 량을 변화시키기 위해 단계적으로 달성되도록 조정될 수 있다. Also, in other embodiments, the pressure of different streams can be varied. For example, the feed stream may include a feed pressure in the range of 50 bara (bar absolute) to 150 bara, in the range of 40 bara to 150 bara, or preferably in the range of 50 bara to 100 bar, but is not necessarily limited to this range. Does not. The feed temperature can range from 0°F to 200°F, from 20°F to 175°F, or from 40°F to 150°F. The blowdown pressure, heating pressure and purge pressure can be adjusted according to the cycle, can depend on the adsorbent material used and/or can range from the supply pressure in vacuum. For example, when the adsorbent material is zeolite 4A, the blowdown pressure range may be 0.01 bara to 40 bara, more preferably 1 bara to 30 bara. This example may depend on the feed concentration of contaminants such as CO 2 and/or water. Further, in other embodiments, the depressurization step can be adjusted such that the pressure swing is achieved step by step to change the amount of methane desorption during each step.

또다른 실시예에서, 본 기술은 액화 천연 가스(LNG) 적용, 제어 동결 영역(CFZ) 적용, 천연 가스 액체(NGL) 회수 적용 및 탈수와 같은 다른 적용과 같은 다른 공정과 통합될 수 있다. 이들 각각의 상이한 적용은 각각의 공정에서 공급물 스트림에 대해 상이한 사양을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 기술의 변형은 LNG 사양 또는 파이프라인 사양과 비교하여 더 높거나 낮은 양의 CO2를 함유하는 가스를 처리하는데 사용될 수 있다.In another embodiment, the technology can be integrated with other processes such as liquefied natural gas (LNG) applications, controlled freezing zone (CFZ) applications, natural gas liquid (NGL) recovery applications, and other applications such as dehydration. Each of these different applications can include different specifications for the feed stream in each process. For example, variations of the technology can be used to treat gases containing higher or lower amounts of CO 2 compared to LNG specifications or pipeline specifications.

하나 이상의 실시예들에 있어서, 본 기술들은 어떠한 타입의 스윙 흡착 공정을 위해서도 사용될 수 있다. 본 기술이 사용될 수 있는 비제한적 스윙 흡착 공정은 압력 스윙 흡착(PSA), 진공 압력 스윙 흡착(VPSA), 온도 스윙 흡착(TSA), 부분 압력 스윙 흡착(PPSA), 고속 순환 압력 스윙 흡착(RCPSA), 고속 순환 서멀 스윙 흡착(RCTSA), 고속 순환 부분 압력 스윙 흡착(RCPPSA), 뿐만 아니라 압력/온도 스윙 흡착과 같은 상기 공정들의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 양호한 스윙 흡착 공정은 압력 스윙 흡착을 포함할 수 있지만, 고속 순환 공정으로서 수행될 수 있는 압력 및 온도 스윙 흡착의 조합을 또한 포함할 수 있다. 예시적인 스윙 흡착 공정들에 대하여는 미국 특허출원 공보 제2008/0282892호, 제2008/0282887호, 제2008/0282886호, 제2008/0282885호, 제2008/0282884호 및 제2014/0013955호에 추가 개시되어 있으며, 이들 각각은 전체로서 참고를 위해 본원에 합체되었다.In one or more embodiments, the techniques can be used for any type of swing adsorption process. Non-limiting swing adsorption processes in which the technology can be used include pressure swing adsorption (PSA), vacuum pressure swing adsorption (VPSA), temperature swing adsorption (TSA), partial pressure swing adsorption (PPSA), and high-speed circulating pressure swing adsorption (RCPSA). , High Speed Circulation Thermal Swing Adsorption (RCTSA), High Speed Circulation Partial Pressure Swing Adsorption (RCPPSA), as well as pressure/temperature swing adsorption. For example, a good swing adsorption process may include pressure swing adsorption, but may also include a combination of pressure and temperature swing adsorption that can be performed as a high-speed circulation process. Exemplary swing adsorption processes are further disclosed in U.S. Patent Applications Publication Nos. 2008/0282892, 2008/0282887, 2008/0282886, 2008/0282885, 2008/0282884 and 2014/0013955 And each of them is incorporated herein for reference as a whole.

또한, 하나 이상의 실시예에서, 다양한 흡착제 물질이 분리를 위한 기구를 제공하는데 사용될 수 있다. 예로는 제올라이트 3A, 4A, 5A, ZK4 및 MOF-74가 포함된다. 그러나, 상기 공정은 이러한 흡착 물질에 한정되지 않고 다른 흡착 물질을 사용할 수도 있다.In addition, in one or more embodiments, various adsorbent materials can be used to provide a mechanism for separation. Examples include zeolite 3A, 4A, 5A, ZK4 and MOF-74. However, the process is not limited to these adsorbent materials, and other adsorbent materials may be used.

유익하게도, 본 기술은 종래 기술에 비해 다양한 개선을 제공한다. 예컨대, 수동 작동식 밸브를 사용함으로써, 흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드 유닛을 작동시키는데 필요한 중량 및 풋프린트를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 기술은 공급물 스트림을 처리하고 하나 이상의 가스 오염물들을 제거하는데 사용되는 흡착제 베드 유닛의 풋프린트를 줄이고, 흡착제 베드 유닛의 중량을 줄이며, 흡착제 베드 유닛의 자본 비용을 줄이도록 구성될 수 있는 모듈식 디자인을 제공할 수 있다 . 또한, 흡착제 베드 유닛에 수동 작동식 밸브를 사용하는 것은 구성의 유연성을 제공하여 유지보수 및 수리를 개선시킬 수 있다. 본 기술은 아래의 도 1 내지 도 7을 참조로 더 이해될 수 있다.Advantageously, the present technology provides various improvements over the prior art. For example, by using a manually operated valve, the adsorbent bed unit can reduce the weight and footprint required to operate the adsorbent bed unit. In addition, the present technology can be configured to reduce the footprint of the adsorbent bed unit used to process the feed stream and remove one or more gaseous contaminants, reduce the weight of the adsorbent bed unit, and reduce the capital cost of the adsorbent bed unit. Modular design can be provided. In addition, the use of a manually operated valve in the adsorbent bed unit can provide configuration flexibility, improving maintenance and repair. The present technology can be further understood with reference to FIGS. 1 to 7 below.

도 1은 6 개의 흡착제 베드 유닛 및 상호연결 파이프를 갖는 스윙 흡착 시스템(100)의 3 차원 도면이다. 이 구성이 특정 예이지만, 본 기술은 대칭 배향 또는 비대칭 배향 및/또는 복수의 하드웨어 스키드의 조합으로 전개될 수 있는 흡착제 베드 유닛에 광범위하게 관련된다. 또한, 이 특정 구성은 예시적인 목적을 위한 것이며, 다른 구성은 다른 수의 흡착제 베드 유닛을 포함할 수 있으며, 흡착제 베드 유닛 중 적어도 하나는 동 위상으로 작동될 수 있는 흡착제 베드 유닛을 통과하는 유체의 유동을 관리하기 위해 하나 이상의 수동 제어식 포핏 밸브 및 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브를 구비한다. 1 is a three dimensional view of a swing adsorption system 100 with six adsorbent bed units and interconnecting pipes. Although this configuration is a specific example, the present technology is broadly related to adsorbent bed units that can be deployed in a symmetrical or asymmetrical orientation and/or a combination of multiple hardware skids. In addition, this particular configuration is for illustrative purposes, and other configurations may include a different number of adsorbent bed units, at least one of the adsorbent bed units of fluid passing through the adsorbent bed unit which can be operated in phase. It is equipped with one or more passively controlled poppet valves and one or more active controlled poppet valves to manage flow.

이 시스템에 있어서, 흡착제 베드 유닛(102)과 같은 흡착제 베드 유닛들은 공급물 스트림들(예: 유체들, 가스들, 액체들)로부터 오염물들을 제거하기 위한 순환 스윙 흡착 공정을 위해 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 흡착제 베드 유닛(102)은 상기 흡착제 베드 유닛(102) 내의 흡착제 베드를 통해, 흡착제 베드로 또는 흡착제 베드로부터의 유체 유동을 다루기 위한 다양한 도관들[예: 도관(104)]을 포함할 수 있다. 상기 흡착제 베드 유닛들(102)로부터의 도관들은 상기 유동을 구성요소들에, 구성요소들로부터 또는 구성요소들 사이로 분배하기 위한 매니폴드(예: 매니폴드(106))에 결합될 수 있다. 흡착제 베드 유닛 내의 상기 흡착제 베드는 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 오염물을 공급물 스트림으로부터 분리시킬 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 상기 흡착제 베드 유닛들은, 퍼지 스트림, 감압 스트림(예: 블로우다운 스트림) 등과 같은, 공정의 일부로서의 다른 유체 스트림들을 제어하기 위한 다른 도관들을 포함할 수 있다. 임의의 구성들에서, 상기 흡착제 베드 유닛들은 흡착제 베드로부터의 오염물들의 제거를 개선하는데 사용되는 가열 루프(미도시)를 또한 포함할 수 있다. 더불어, 상기 흡착제 베드 유닛은 또한, 균등화 용기(108)와 같은 하나 이상의 균등화 용기들을 포함할 수 있으며, 상기 흡착제 베드 유닛 전용이며 또한, 상기 스윙 흡착 공정에서 하나 이상의 단계에 전용될 수 있다.In this system, adsorbent bed units such as adsorbent bed unit 102 may be configured for a circulating swing adsorption process to remove contaminants from feed streams (eg, fluids, gases, liquids). For example, the adsorbent bed unit 102 may include various conduits (eg, conduit 104) for handling fluid flow through, or from, an adsorbent bed in the adsorbent bed unit 102. have. Conduits from the adsorbent bed units 102 can be coupled to a manifold (eg, manifold 106) for distributing the flow to, from, or between components. The adsorbent bed in the adsorbent bed unit can separate one or more contaminants from the feed stream to form a product stream. As can be appreciated, the adsorbent bed units can include other conduits for controlling other fluid streams as part of the process, such as purge streams, reduced pressure streams (eg blowdown streams), and the like. In certain configurations, the adsorbent bed units may also include a heating loop (not shown) used to improve removal of contaminants from the adsorbent bed. In addition, the adsorbent bed unit can also include one or more equalization vessels, such as equalization vessel 108, which is dedicated to the adsorbent bed unit and can also be dedicated to one or more steps in the swing adsorption process.

예컨대, 도 2에서 추가로 논의되는 바와 같이, 흡착제 베드 유닛(102)은 실질적으로 가스 불투과성 파티션을 형성하는 헤드 부분 및 다른 본체 부분을 포함할 수 있는 하우징, 하우징 내에 배치된 흡착제 베드 및 하우징의 내부 영역과 하우징의 내부 영역 외부의 위치 사이의 하우징 내의 개구를 통해 유체 유동 통로를 제공하는 복수의 밸브들(예: 포핏 밸브)을 포함한다. 각각의 포핏 밸브는 헤드 내에 설치 가능한 디스크 요소 또는 헤드 내에 삽입된 개별 밸브 시트(미도시) 내에 설치 가능한 디스크 요소를 포함할 수 있다. 포핏 밸브의 구성은 역방향 작동 포핏 밸브 및/또는 전방향 작동 포핏 밸브와 함께 수동 제어식 포핏 밸브 및/또는 능동 제어식 포핏 밸브와 같은 임의의 다양한 밸브 패턴 또는 포핏 밸브 유형의 구성일 수 있다. 역방향 작동 포핏 밸브는 흡착제 베드로부터 멀리 개방되는 반면, 전방향 작동 포핏 밸브는 흡착제 베드를 향하여 개방된다. 예로서, 흡착제 베드 유닛은 상이한 스트림과 관련된 상이한 도관과 각각 유동 교통하는 하나 이상의 포핏 밸브를 포함할 수 있다. 포핏 밸브는 흡착제 베드와 각각의 도관, 매니폴드 또는 헤더 중 하나 사이에 유체 교통을 제공할 수 있다.For example, as discussed further in FIG. 2, the adsorbent bed unit 102 may include a housing that may include a head portion and other body portions that form a substantially gas impermeable partition, an adsorbent bed disposed within the housing and the housing. And a plurality of valves (eg, poppet valves) that provide a fluid flow passage through the opening in the housing between the inner region and the location outside the inner region of the housing. Each poppet valve may include a disc element installable in the head or a disc element installable in a separate valve seat (not shown) inserted in the head. The configuration of the poppet valve can be any of a variety of valve patterns or configurations of the poppet valve type, such as a manually controlled poppet valve and/or an active controlled poppet valve along with a reverse operated poppet valve and/or an omnidirectional operated poppet valve. The reverse operated poppet valve opens away from the adsorbent bed, while the omnidirectional operated poppet valve opens towards the adsorbent bed. As an example, the adsorbent bed unit can include one or more poppet valves, each in flow communication with different conduits associated with different streams. A poppet valve can provide fluid communication between the adsorbent bed and one of each conduit, manifold or header.

흡착제 베드는 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 가스 성분을 흡착할 수 있는 고체 흡착제 물질을 포함한다. 이러한 고체 흡착제 물질은 흡착제 베드 유닛(102) 내의 물리적 및 화학적 조건에 대해 내구성이 있도록 선택되고 흡착 공정에 따라 금속, 세라믹 또는 다른 물질을 포함할 수 있다. 흡착제 물질의 추가의 예는 하기에 추가로 기재되어 있다.The adsorbent bed comprises a solid adsorbent material capable of adsorbing one or more gaseous components from the feed stream. These solid adsorbent materials are selected to be durable against physical and chemical conditions in the adsorbent bed unit 102 and may include metal, ceramic or other materials depending on the adsorption process. Additional examples of adsorbent materials are described further below.

도 2는 본 기술의 실시예에 따른 밸브 조립체 및 매니폴드를 갖는 흡착제 베드 유닛(200)의 일부분의 도면이다. 도 1의 흡착제 베드 유닛(102)의 일부일 수 있는 흡착제 베드 유닛(200)의 부분은 상부 헤드(218) 및 하부 헤드(220)와 함께 원통형 벽(214) 및 원통형 절연 층(216)을 포함할 수 있는 하우징 또는 본체를 포함한다. 흡착제 베드(210)는 상부 헤드(218)와 하부 헤드(220) 및 절연 층(216) 사이에 배치되어 상부 개방 구역 및 하부 개방 구역을 형성하며, 상기 개방 구역들은 실질적으로 개방된 유동 경로 용적으로 구성된다. 흡착제 베드 유닛 내의 이러한 개방 유동 경로 용적은 다양한 단계를 위해 관리되어야 하는 가스를 함유한다. 하우징은 내부 영역 내에서 0 bara(bar absolute) 내지 150 bara의 압력을 유지하도록 구성될 수 있다.2 is a view of a portion of an adsorbent bed unit 200 having a valve assembly and a manifold according to embodiments of the present technology. The portion of the adsorbent bed unit 200, which may be part of the adsorbent bed unit 102 of FIG. 1, will include a cylindrical wall 214 and a cylindrical insulating layer 216 along with an upper head 218 and a lower head 220. It may include a housing or a body. The adsorbent bed 210 is disposed between the upper head 218 and the lower head 220 and the insulating layer 216 to form an upper open region and a lower open region, the open regions being a substantially open flow path volume. It is composed. This open flow path volume in the adsorbent bed unit contains gas that must be managed for various stages. The housing can be configured to maintain a pressure of 0 bara (bar absolute) to 150 bara within the interior region.

상부 헤드(218) 및 하부 헤드(220)는 각각 밸브 조립체(222 내지 240)(예: 포핏 밸브)와 같은 밸브 구조체가 삽입될 수 있는 개구를 포함한다. 각각의 헤드(218 또는 220)와 흡착제 베드(210) 사이의 상부 또는 하부 개방 유동 경로 용적은 또한 유체를 흡착제 베드(210)로 직접 도입하는 분배 라인(미도시)을 포함할 수 있다. 상부 헤드(218)는 입구 매니폴드(242 및 244) 및 출구 매니폴드(248, 250 및 252)를 통해 유동 통로를 제공하기 위해 다양한 개구(미도시)를 포함하고, 하부 헤드(220)는 입구 매니폴드(254) 및 출구 매니폴드(256, 258 및 260)를 통해 유동 통로를 제공하기 위해 다양한 개구(미도시)를 포함한다. 밸브 조립체(222 내지 240)는 각각의 매니폴드(242 내지 260)와 유체 교통 상태로 배치된다. 밸브 조립체(222 내지 240)가 포핏 밸브인 경우, 각각은 부싱 또는 밸브 가이드 내에 위치될 수 있는 스템 요소에 결합된 디스크 요소를 각각 포함할 수 있다. 또한, 각각의 디스크 요소는 흡착제 베드(210)에 인접하여 내부 영역의 데드 용적을 감소시킬 수 있다. 스템 요소는 각각의 밸브가 각각의 스템에 선형 운동을 부여하도록 구성된 작동 기구 또는 편향 기구에 결합될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 상이한 포핏 밸브 유형에 사용되는 작동 기구 또는 편향 기구는 단일 밸브를 작동시키거나 2개 이상의 밸브를 작동시키는 공정의 상이한 단계에 대해 독립적으로 작동될 수 있다. 또한, 개구가 실질적으로 유사한 크기일 수 있지만, 입구 매니폴드의 개구 및 입구 밸브는 입구를 통과하는 가스 용적이 출구를 통과하는 생성물 용적보다 작을 수 있으므로 출구 매니폴드의 개구 및 출구 밸브보다 작은 직경을 가질 수 있다.The upper head 218 and the lower head 220 each include openings into which valve structures such as valve assemblies 222 to 240 (eg, poppet valves) can be inserted. The upper or lower open flow path volume between each head 218 or 220 and adsorbent bed 210 may also include a distribution line (not shown) that introduces fluid directly into adsorbent bed 210. The upper head 218 includes various openings (not shown) to provide flow passages through the inlet manifolds 242 and 244 and the outlet manifolds 248, 250 and 252, and the lower head 220 is the inlet Various openings (not shown) are included to provide flow passages through the manifold 254 and the outlet manifolds 256, 258 and 260. The valve assemblies 222-240 are disposed in fluid communication with each manifold 242-260. When the valve assemblies 222 to 240 are poppet valves, each may include a disc element coupled to a stem element that can be positioned within a bushing or valve guide. In addition, each disc element can be adjacent to the adsorbent bed 210 to reduce the dead volume of the inner region. The stem element can be coupled to an actuation mechanism or deflection mechanism that each valve is configured to impart linear motion to each stem. As can be appreciated, the actuation mechanism or deflection mechanism used for different poppet valve types can operate a single valve or operate independently for different stages of the process of operating two or more valves. Also, although the openings may be substantially similar size, the opening and inlet valves of the inlet manifold may have a smaller diameter than the opening and outlet valves of the outlet manifold, as the gas volume through the inlet may be smaller than the product volume through the outlet. Can have

스윙 흡착 공정에서, 주기는 합쳐져서 주기 시간 또는 주기 지속시간으로 합산되는 특정 시간 간격을 각각 갖는 둘 이상의 단계를 포함한다. 이러한 단계는 압력 스윙, 진공 스윙, 온도 스윙, 퍼징(공정에 적합한 임의의 유형의 퍼지 유체를 통한) 및 이들의 조합을 포함하는 다양한 방법을 사용하는 흡착 단계 이후의 흡착제 베드의 재생을 포함한다. 예로서, PSA 주기는 흡착, 감압, 퍼징 및 재가압 단계를 포함할 수 있다. 고압에서 분리를 수행하는 경우, 감압 및 재가압(평형으로 칭할 수 있음)을 여러 단계로 수행하여 각 단계의 압력 변화를 줄이고 효율을 높일 수 있다.In a swing adsorption process, a cycle includes two or more steps, each having a specific time interval that is summed up to a cycle time or cycle duration. These steps include regeneration of the adsorbent bed after the adsorption step using various methods including pressure swing, vacuum swing, temperature swing, purging (through any type of purge fluid suitable for the process) and combinations thereof. As an example, the PSA cycle can include adsorption, depressurization, purging and repressurization steps. When separation is performed at high pressure, pressure reduction and re-pressurization (which may be referred to as equilibrium) can be performed in several stages to reduce pressure changes in each stage and increase efficiency.

유체 유동을 관리하기 위해, 본 기술은 흡착제 베드 유닛(200)에서 하나 이상의 수동 제어식 포핏 밸브 및 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브를 포함하는 스윙 흡착 시스템을 포함한다. 예컨대, 수동 제어식 포핏 밸브 및 능동 제어식 포핏 밸브는 각각의 스트림에 대해 함께 쌍으로 되어 서로 동 위상으로 작동할 수 있다. 밸브 조립체(226, 228, 230, 234, 236, 238, 240)가 수동 제어식 밸브일 수 있는 반면, 밸브 조립체(222, 224, 232)와 같은 입구 포핏 밸브는 더욱 능동 제어식 포핏 밸브일 수 있다. 이 구성에서, 각각의 능동 제어식 포핏 밸브는 내부 영역 내의 흡착제 베드(210)에 제공되는 스트림을 제어하는데 사용될 수 있고 각각의 수동 제어식 포핏 밸브는 각각의 능동 제어식 포핏 밸브에 기초하여 작동될 수 있다. 이러한 방식으로, 능동 제어식 포핏 밸브는 하나 이상의 수동 제어식 포핏 밸브와 함께 작동하거나 또는 동 위상으로 작동하는 내부 영역 내의 압력 또는 온도와 같은 작동 조건을 조정하는데 사용될 수 있다. 능동 제어식 포핏 밸브 및/또는 수동 제어식 포핏 밸브는 흡착제 베드와 각각의 도관, 매니폴드 또는 헤더 중 하나 사이의 유체 교통을 제공할 수 있다.To manage fluid flow, the present technology includes a swing adsorption system that includes one or more passively controlled poppet valves and one or more active controlled poppet valves in the adsorbent bed unit 200. For example, passively controlled poppet valves and actively controlled poppet valves can be paired together for each stream to operate in phase with each other. While valve assemblies 226, 228, 230, 234, 236, 238, 240 can be passively controlled valves, inlet poppet valves such as valve assemblies 222, 224, 232 can be more active controlled poppet valves. In this configuration, each active controlled poppet valve can be used to control the stream provided to the adsorbent bed 210 in the interior region, and each manually controlled poppet valve can be operated based on each active controlled poppet valve. In this way, an active controlled poppet valve can be used to adjust operating conditions, such as pressure or temperature, in an internal region that operates in concert with one or more passively controlled poppet valves or in phase. Actively controlled poppet valves and/or passively controlled poppet valves can provide fluid communication between the adsorbent bed and one of each conduit, manifold or header.

흡착제 베드 유닛을 위한 포핏 밸브의 배치는 구성을 제한하는 특정 제한을 갖는다. 예컨대, 흡착제 베드 유닛의 헤드의 직경은 흡착제 베드의 용적 외측의 내부 영역에서 과도한 데드 용적을 피하기 위해 흡착제 베드의 직경에 의해 제한된다. 결과적으로, 복수의 공급물 입구 포핏 밸브가 흡착제 베드 유닛의 헤드 상에서 사용가능한 유동 영역을 최대화하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 특정 구성에서, 공급물 입구 포핏 밸브의 수는 단일 퍼지 배기구 밸브 둘레의 단일 피치 원에 배치된 5, 6, 7 또는 9일 수 있다. 다른 구성들은 2개의 원들에 배치된 12 또는 18을 포함할 수 있다.The placement of the poppet valve for the adsorbent bed unit has certain limitations that limit its configuration. For example, the diameter of the head of the adsorbent bed unit is limited by the diameter of the adsorbent bed to avoid excessive dead volume in the inner region outside the volume of the adsorbent bed. Consequently, multiple feed inlet poppet valves can be used to maximize the flow area available on the head of the adsorbent bed unit. For example, in certain configurations, the number of feed inlet poppet valves can be 5, 6, 7 or 9 arranged in a single pitch circle around a single purge vent valve. Other configurations may include 12 or 18 disposed in two circles.

흡착제 베드 유닛의 예시적인 구성으로서, 도 3은 본 기술의 일 실시예에 따른 포핏 밸브 구성을 갖는 흡착제 베드 유닛의 단면도(300)이다. 이 도면(300)에서, 퍼지 배기구 포핏 밸브(302) 및 공급물 입구 포핏 밸브(310)와 같은 다양한 능동 제어식 포핏 밸브가 제 1 헤드(313)에 배치되고, 다양한 수동 제어식 포핏 밸브(미도시)는 제 2 헤드(330)에 배치된다. 본체 부분(332)은 2개의 헤드(313, 330) 사이에 배치되고 흡착제 베드(304)를 둘러싸고 있다.As an exemplary configuration of the adsorbent bed unit, FIG. 3 is a cross-sectional view 300 of an adsorbent bed unit having a poppet valve configuration according to one embodiment of the present technology. In this figure 300, various active controlled poppet valves, such as purge exhaust poppet valve 302 and feed inlet poppet valve 310, are disposed in the first head 313, and various manually controlled poppet valves (not shown) Is disposed on the second head 330. The body portion 332 is disposed between the two heads 313, 330 and surrounds the adsorbent bed 304.

퍼지 배기구 포핏 밸브(302)는 흡착제 베드 유닛의 중심선 상에 장착된 단일의 능동 제어식 포핏 밸브이다. 퍼지 배기구 포핏 밸브(302)는 전방 작용 방향으로 흡착제 베드(304)를 향하여 개방된다. 액추에이터(미도시)는 퍼지 배기구 포핏 밸브(302) 위에 장착될 수 있고 폐쇄 힘을 제공하기 위해 피스톤 뒤의 가압 공기( "공기 스프링")를 사용하는 전자 유압식 액추에이터일 수 있다. 공기 스프링이 퍼지 배기구 도관(306) 및 퍼지 배기구 헤더(미도시) 내로의 누설에 대해 퍼지 배기구 포핏 밸브(302)를 폐쇄하고 폐쇄 상태로 유지할 때 보조하기 위해, 흡착 단계 동안 공급 압력과 함께 사용될 수 있다. 퍼지 스트림은 화살표(307)에 의해 도시된 바와 같이 흡착제 베드(304)로 진입할 수 있고 흡착제 베드(304)로부터 멀리 안내되도록 화살표(308)로 표시된 방향으로 퍼지 출력 스트림으로서 멀리 안내될 수 있다.The purge vent poppet valve 302 is a single active controlled poppet valve mounted on the centerline of the adsorbent bed unit. The purge vent poppet valve 302 opens towards the adsorbent bed 304 in the direction of forward action. The actuator (not shown) can be mounted on the purge vent poppet valve 302 and can be an electro-hydraulic actuator that uses pressurized air (“air spring”) behind the piston to provide closing force. To assist when the air spring closes and keeps the purge exhaust poppet valve 302 against leakage into the purge exhaust conduit 306 and purge exhaust header (not shown), it can be used with the supply pressure during the adsorption step. have. The purge stream can enter the adsorbent bed 304 as shown by arrow 307 and can be directed away as a purge output stream in the direction indicated by arrow 308 to be guided away from the adsorbent bed 304.

또한, 도면(300)은 각각의 능동 제어식 포핏 밸브인 복수의 공급물 입구 포핏 밸브(310)를 갖는다. 복수의 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 헤드(313)의 일부에 결합될 수 있는 공급 도관(미도시)으로부터 제공되는, 화살표(315)에 의해 도시된 공급물 스트림의 유동을 관리한다. 공급물 스트림은 화살표(317)에 의해 도시된 바와 같이 흡착제 베드(304)로 통과되고 생성물 스트림으로서 안내된다. 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 역방향 작동 포핏 밸브에서 흡착제 베드(304)로부터 멀리 개방되도록 구성될 수 있다. 복수의 공급물 입구 포핏 밸브(310)의 사용은 흡착제 베드 유닛의 헤드(313) 상에서 사용가능한 유동 영역을 최대화할 수 있다. 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 리프트 플레이트(314)로 지칭되는 환형 요소에 의해 들어 올려진다. 리프트 플레이트(314)는 가요성 금속 다이어프램 피스톤(316)으로 지칭되는 환형 액추에이터 피스톤에 의해 안내된다. 대안으로, 슬라이딩 유압 밀봉부를 갖는 단단한 환형 피스톤이 또한 사용될 수 있다. 전체 리프트는 공급물 입구 포핏 밸브들(310) 각각에 대해 개방될 때 동일한 리프트를 제공하기 위해 헤드에 평행한 평면으로 환형 피스톤을 구속하는 리프트 정지부(318)와 같은 리프트 정지부에 의해 설정된다. 리프트 정지부는 리프트 플레이트가 리프트 정지부에 접근할 때 리프트 플레이트의 운동을 감쇠시키기 위해 환형 피스톤의 원통형 리세스(미도시)에 진입하는 테이퍼형 금속 플러그(미도시)를 사용할 수 있다. 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 고정 가이드 플레이트(320) 내의 부싱을 통해 안내되어 디스크 요소가 적절하게 설치되도록 한다. 흡착제 베드의 실린더 축이 수직인 경우, 한 중력(예: 9.8 미터/초 제곱) 미만의 폐쇄 가속을 위해, 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 스프링없이 사용될 수 있다. 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 퍼지 단계 동안 밀봉하기 위해 압력(예: 압력 차)에 의해 확고한 설치 접촉으로 유지될 수 있다. 또한, 밸브 래쉬(322, 323)와 같은 밸브 래시는 리프트 플레이트(314)와 잼 너트(324, 326) 사이의 거리이다. 밸브 래시(322)는 포핏들의 잔여부가 리프트 플레이트(314)에 의해서 작동되기 전에 하나 이상의 공급물 입구 포핏 밸브(310)의 우선적 개방을 제공하기 위해 조정될 수 있다. 예컨대, 밸브 래시(322)는 1 밀리미터의 길이일 수 있는 반면, 밸브 래시(323)는 10 밀리미터의 길이일 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 래시(322)와 관련된 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 밸브 래시(323)와 관련된 공급물 입구 포핏 밸브(310) 이전에 개방될 수 있다.In addition, the drawing 300 has a plurality of feed inlet poppet valves 310, each active controlled poppet valve. A plurality of feed inlet poppet valves 310 manage the flow of the feed stream shown by arrows 315, provided from a feed conduit (not shown) that can be coupled to a portion of the head 313. The feed stream is passed to adsorbent bed 304 as shown by arrow 317 and directed as a product stream. The feed inlet poppet valve 310 can be configured to open away from the adsorbent bed 304 in a reverse acting poppet valve. The use of multiple feed inlet poppet valves 310 can maximize the flow area available on the head 313 of the adsorbent bed unit. The feed inlet poppet valve 310 is lifted by an annular element called lift plate 314. The lift plate 314 is guided by an annular actuator piston, referred to as a flexible metal diaphragm piston 316. Alternatively, a rigid annular piston with a sliding hydraulic seal can also be used. The entire lift is set by a lift stop, such as a lift stop 318 that constrains the annular piston in a plane parallel to the head to provide the same lift when opened for each of the feed inlet poppet valves 310. . The lift stop can use a tapered metal plug (not shown) entering the cylindrical recess (not shown) of the annular piston to dampen the motion of the lift plate when the lift plate approaches the lift stop. The feed inlet poppet valve 310 is guided through the bushing in the fixed guide plate 320 to ensure that the disc element is properly installed. If the cylinder axis of the adsorbent bed is vertical, the feed inlet poppet valve 310 can be used without a spring for closing acceleration of less than one gravity (e.g. 9.8 meters per second squared). The feed inlet poppet valve 310 may be held in firm installation contact by pressure (eg pressure differential) to seal during the purge step. In addition, valve lash, such as valve lash 322, 323, is the distance between lift plate 314 and jam nuts 324, 326. The valve lash 322 can be adjusted to provide preferential opening of one or more feed inlet poppet valves 310 before the remainder of the poppets are actuated by the lift plate 314. For example, valve lash 322 may be 1 millimeter long, while valve lash 323 may be 10 millimeters long. In this way, the feed inlet poppet valve 310 associated with the valve lash 322 can be opened prior to the feed inlet poppet valve 310 associated with the valve lash 323.

예로서, 본 기술은 흡착 단계 및 퍼지 단계를 포함하는 스윙 흡착 주기를 포함할 수 있다. 이 예에서, 흡착제 베드 유닛은 공급물 입구[예: 공급물 입구 포핏 밸브(310)]에 의해 제공된 공급물 스트림, 생성물 배기구(예: 생성물 배기구 포핏 밸브)를 통해 제공된 생성물 스트림, 퍼지 입구(예: 퍼지 입구 포핏 밸브)에 의해 제공된 퍼지 스트림 및 퍼지 배기구[예: 퍼지 배기구 포핏 밸브(302)]를 통해 제공된 퍼지 출력 스트림에 의해 제공되는 퍼지 스트림인 4개의 스트림들을 포함할 수 있다. 입구 및 배기구는 각각 그 스트림에 대한 특정 도관(예: 매니폴드 또는 다른 관형 부재)에 결합된 각각의 포핏 밸브와 연계될 수 있다. 또한, 개방 능동 제어식 공급물 포핏 밸브는 제 2 개구를 통해 제 2 유동 경로를 제공하기 전에 제 1 개구를 통해 가스 공급물 스트림을 위한 제 1 유동 경로를 제공하기 위해 상이한 밸브 래쉬를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 스윙 흡착 주기가 도 4에 도시되어 있다.As an example, the present technology may include a swing adsorption cycle including an adsorption step and a purge step. In this example, the adsorbent bed unit comprises a feed stream provided by a feed inlet (eg feed inlet poppet valve 310), a product stream provided through a product outlet (eg product outlet poppet valve), purge inlet (eg : Purge stream provided by a purge inlet poppet valve) and four streams, which are purge streams provided by a purge output stream provided through a purge vent (eg, purge exhaust poppet valve 302). The inlet and outlet can each be associated with a respective poppet valve coupled to a specific conduit for the stream (eg manifold or other tubular member). In addition, the open active controlled feed poppet valve comprises using a different valve lash to provide a first flow path for the gas feed stream through the first opening before providing the second flow path through the second opening. It can contain. An exemplary swing adsorption cycle is shown in FIG. 4.

도 4는 본 기술의 일 실시예에 따른 도 3의 구성에 대한 흡착제 베드 유닛 내의 압력의 예시적인 도면(400)이다. 이 도면(400)에서, 압력 반응(410)은 압력 축(402)을 따라 메가 파스칼(MPa) 단위로 시간축(404)에 대해 초(들) 단위로 도시되어 있다. 이 도면(400)에서, 압력 반응(410)은 주기의 상이한 단계에 대한 흡착제 베드 유닛의 내부 영역 내의 압력 변화를 나타낸다. 흡착제 베드 유닛에 대한 예시적인 주기는 흡착 단계 및 재생 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 재생 단계는 퍼지 단계를 포함한다. 퍼지 단계는 흡착제 베드(304)로부터 수분을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 공급물 스트림은 공급물 입구 포핏 밸브(310)로부터 제공될 수 있는 8.1 MPa에서 제공되는 수분을 갖는 천연 가스 스트림이다. 특히, 이전의 흡착 단계가 0초 내지 4 초의 시간 주기[예: 단계 마커(405)로 표시됨]로 도시되어 있다.4 is an exemplary diagram 400 of pressure in the adsorbent bed unit for the configuration of FIG. 3 in accordance with one embodiment of the present technology. In this figure 400, the pressure response 410 is shown in seconds(s) relative to the time axis 404 in mega pascals (MPa) along the pressure axis 402. In this figure 400, the pressure response 410 represents the pressure change in the interior region of the adsorbent bed unit for different stages of the cycle. An exemplary cycle for the adsorbent bed unit may include performing an adsorption step and a regeneration step, and the regeneration step includes a purge step. The purge step can be used to remove moisture from the adsorbent bed 304. The feed stream is a natural gas stream with moisture provided at 8.1 MPa that can be provided from the feed inlet poppet valve 310. In particular, the previous adsorption step is shown with a time period of 0 to 4 seconds (eg, indicated by step marker 405).

퍼지 단계는 단계 마커(405)로부터 단계 마커(406)까지의 4초 내지 40초의 시간 동안 수행된다. 퍼지 단계 동안, 압력 반응(410)에 도시된 바와 같이, 흡착제 베드 유닛은 8.1 MPa에서 2.9 MPa로 감소한다. 퍼지 배기구 포핏 밸브(302)는 4 초에 개방되고 36 초에 폐쇄된다. 그 다음, 퍼지 공급물 포핏 밸브는 퍼지 배기구 포핏 밸브(302)와 동시에 개폐된다. 퍼지 단계 동안, 공급물 입구 포핏 밸브(310)는 폐쇄되고 퍼지 배기구 포핏 밸브가 개방된다. 내부 영역 내의 압력은 공급 도관 내의 압력보다 낮고, 이는 이들 포핏 밸브들을 통해서 임의의 유동 경로를 밀봉하도록 각각의 시트에 공급물 입구 포핏 밸브(310)의 디스크 요소(예: 공급물 디스크 요소)를 유지하기 위한 추가 지지를 제공한다. The purge step is performed for a period of 4 to 40 seconds from step marker 405 to step marker 406. During the purge step, as shown in the pressure reaction 410, the adsorbent bed unit decreases from 8.1 MPa to 2.9 MPa. The purge vent poppet valve 302 opens at 4 seconds and closes at 36 seconds. The purge feed poppet valve is then opened and closed simultaneously with the purge exhaust poppet valve 302. During the purge phase, the feed inlet poppet valve 310 is closed and the purge exhaust poppet valve is opened. The pressure in the inner region is lower than the pressure in the feed conduit, which holds the disc elements of the feed inlet poppet valve 310 (e.g. feed disc elements) in each seat to seal any flow path through these poppet valves. Provides additional support for doing so.

퍼지 단계 후에, 흡착 단계는 단계 마커(406)로부터 단계 마커(407)까지의 40초 내지 72초의 시간 동안 수행된다. 흡착 단계는 압력 반응(410)에 도시된 바와 같이, 이 단계의 일부로서 2.9MPa에서 8.1MPa까지 압력을 증가시킨다. 흡착 단계 동안, 공급물 입구 포핏 밸브(310)가 개방되고 퍼지 배기구 포핏 밸브가 폐쇄된다. 내부 영역 내의 압력은 퍼지 도관 내의 압력보다 높으며, 이는 이들 포핏 밸브들을 통해서 임의의 유동 경로를 밀봉하도록 각각의 시트에 퍼지 배기구 포핏 밸브(302)의 디스크 요소(예: 퍼지 배기구 디스크 요소)를 유지하기 위한 추가 지지를 제공한다. 결과적으로, 흡착 단계 중 공급 압력은 공기 스프링이 퍼지 배기구 포핏 밸브를 폐쇄할 때 퍼지 배기구 헤드로의 누설을 방지한다.After the purge step, the adsorption step is performed for 40 to 72 seconds from step marker 406 to step marker 407. The adsorption step increases the pressure from 2.9 MPa to 8.1 MPa as part of this step, as shown in pressure reaction 410. During the adsorption step, the feed inlet poppet valve 310 is opened and the purge exhaust poppet valve is closed. The pressure in the inner region is higher than the pressure in the purge conduit, which holds the disc elements of the purge vent poppet valve 302 (e.g., purge vent disc elements) in each seat to seal any flow path through these poppet valves. For providing additional support. Consequently, the supply pressure during the adsorption step prevents leakage into the purge vent head when the air spring closes the purge vent poppet valve.

이해할 수 있는 바와 같이, 흡착제 베드 유닛에 대한 적절한 유동 영역에 대한 치수는 상이한 처리 작업에 대해 조정될 수 있다. 예컨대, 치수는 탈수와 같은 공정, 다양한 스트림의 공급 속도, 스트림에 대한 압력 및/또는 수행되는 단계와 같은 압력 상태 및/또는 스트림의 온도와 같은 처리 공정 유형에 대해 조정될 수 있다. As can be appreciated, the dimensions for the appropriate flow zone for the adsorbent bed unit can be adjusted for different processing operations. For example, dimensions can be adjusted for processes such as dehydration, feed rates for various streams, pressure on the stream and/or pressure conditions such as the steps performed and/or type of processing process such as temperature of the stream.

도 5는 본 기술의 일 실시예에 따른 생성물 배기구 단부로부터의 흡착제 베드 유닛에 대한 예시적인 헤드의 단면도(500)이다. 이 도면(500)에서, 생성물 스트림 및 퍼지 공급물 스트림에 대한 2개의 개별적인 연결부가 도시되어 있다. 헤드(510)는 헤드(510) 상에 위치된 생성물 배기구 포핏 밸브(502) 및 퍼지 공급물 포핏 밸브(504)와 같은 다양한 포핏 밸브를 포함한다. 생성물 배기구 포핏 밸브(502)와 같은 생성물 배기구 포핏 밸브는 헤드(510)의 외부 부분에 위치되는 반면, 퍼지 공급물 포핏 밸브(504)와 같은 퍼지 공급물 포핏 밸브가 헤드(510)의 내부 부분에 위치된다. 헤드의 내부 부분 및 외부 부분은 밀봉 요소(512)에 의해 분리된다. 헤드(510)는 반경(506)을 갖는 실질적인 원형 형상을 갖는다. 헤더(510)는 또한 캡 스크류(508)와 같은 다양한 캡 스크류(예: 6 개의 캡 스크류)를 포함한다.5 is a cross-sectional view 500 of an exemplary head for an adsorbent bed unit from the product outlet end according to one embodiment of the present technology. In this figure 500, two separate connections to the product stream and purge feed stream are shown. The head 510 includes various poppet valves, such as a product outlet poppet valve 502 and a purge feed poppet valve 504 located on the head 510. A product outlet poppet valve, such as product outlet poppet valve 502, is located on the outer portion of head 510, while a purge feed poppet valve, such as purge feed poppet valve 504, is located on the inner portion of head 510. Are located. The inner part and the outer part of the head are separated by a sealing element 512. The head 510 has a substantially circular shape with a radius 506. The header 510 also includes various cap screws, such as cap screws 508 (eg, six cap screws).

이 구성에서, 흡착제 베드 유닛의 공급물 단부 상에 배치된 공급물 입구 포핏 밸브(미도시) 및 퍼지 배기구 포핏 밸브(미도시)는 능동 작동식 포핏 밸브일 수 있으며, 컴퓨터-제어 전기 유압식 액추에이터를 포함할 수 있다. 흡착제 베드 유닛의 내부 영역에서의 압력 균형이 공급물 입구 포핏 밸브 및 퍼지 배기구 포핏 밸브에 의해 제어될 수 있기 때문에, 생성물 배기구 포핏 밸브(502) 및 퍼지 공급물 포핏 밸브(504)는 수동 작동식 포핏 밸브일 수 있다. 생성물 배기구 포핏 밸브(502) 및 퍼지 공급물 포핏 밸브(504)는 각각의 포핏 밸브에 걸친 압력 차에 기초하여 적절한 순서로 개방 및 폐쇄되도록 구성될 수 있다.In this configuration, the feed inlet poppet valve (not shown) and the purge exhaust poppet valve (not shown) disposed on the feed end of the adsorbent bed unit can be an active actuated poppet valve, and are equipped with a computer-controlled electro-hydraulic actuator. It can contain. Since the pressure balance in the interior region of the adsorbent bed unit can be controlled by the feed inlet poppet valve and the purge outlet poppet valve, the product outlet poppet valve 502 and the purge feed poppet valve 504 are manually operated poppets. It can be a valve. Product outlet poppet valve 502 and purge feed poppet valve 504 can be configured to open and close in the proper order based on the pressure difference across each poppet valve.

퍼지 공급물 포핏 밸브 및 생성물 배기구 포핏 밸브는 공정 가스 서비스에서 왕복 압축기의 실린더 밸브에 사용되는 2 부재의 밸브 본체에 장착될 수 있다. 2개의 개별적인 연결부는 또한 밸브 본체에 체결된 가스켓에 의해 2 부재 밸브 본체에서 밀봉될 수 있다. 이 조인트를 밀봉하면 생성물 스트림이 퍼지 도관으로 누설되는 것을 방지하여 생성물 스트림의 손실을 줄일 수 있다. 그러나, 이 조인트에서의 누설은 격납의 손실을 초래하지 않을 수 있다. 퍼지 공급물 포핏 밸브의 수는 공급물 입구 포핏 밸브에 대해 위에서 언급한 것과 동일한 바람직한 구성을 따를 수 있다.The purge feed poppet valve and product outlet poppet valve can be mounted to a two-member valve body used in cylinder valves of reciprocating compressors in process gas service. The two separate connections can also be sealed in the two-member valve body by a gasket fastened to the valve body. Sealing this joint prevents the product stream from leaking into the purge conduit, thereby reducing the loss of the product stream. However, leakage at this joint may not result in loss of containment. The number of purge feed poppet valves can follow the same preferred configuration as mentioned above for the feed inlet poppet valve.

유익하게도, 이러한 포핏 밸브의 자동 개방은 이러한 포핏 밸브에 개별 액추에이터를 제거함으로써 흡착제 베드 유닛의 부피 및 비용을 감소시킨다. 또한, 흡착제 베드 유닛의 배향은 흡착제 베드 유닛의 하부 위의 수동 작동식 포핏 밸브를 위치시켜서, 지면 위에서 흡착제 베드 유닛 지지체의 높이를 제한하고 유지 보수 문제를 감소시킬 수 있다. 대안적인 구성에서, 흡착제 베드 유닛의 배향은 흡착제 베드 유닛의 상부에 수동 작동식 포핏 밸브를 위치시켜서, 더 높은 고도에서 도관 및 장비를 제한할 수 있다.Beneficially, the automatic opening of such poppet valves reduces the volume and cost of the adsorbent bed unit by removing individual actuators from these poppet valves. In addition, the orientation of the adsorbent bed unit can position a manually operated poppet valve above the lower portion of the adsorbent bed unit, limiting the height of the adsorbent bed unit support over the ground and reducing maintenance issues. In an alternative configuration, the orientation of the adsorbent bed unit can position a manually operated poppet valve on top of the adsorbent bed unit, limiting conduit and equipment at higher altitudes.

특정 실시예에서, 포핏 밸브는 왕복 압축기 밸브 본체에 설치될 수 있다. 포핏 밸브는 폐쇄를 보장하기 위해 내부식성 코일 스프링으로써 보강 섬유 열가소성 재료로 제조될 수 있다. 왕복 압축기에 사용되는 리드 밸브, 체크 밸브 또는 플레이트 밸브와 같은 다른 유형의 수동 작동식 밸브도 사용될 수 있다.In certain embodiments, the poppet valve may be installed in the reciprocating compressor valve body. The poppet valve can be made of reinforced fiber thermoplastic material with a corrosion-resistant coil spring to ensure closure. Other types of manually operated valves such as reed valves, check valves or plate valves used in reciprocating compressors can also be used.

도 3의 헤드(313)와 함께 사용될 수 있는 흡착제 베드 유닛의 공급물 입구 단부 상의 예시적인 헤드에 대해, 공급물 스트림 및 퍼지 출력 스트림을 포함하는 2개의 개별적인 연결부가 제공될 수 있다. 이 공급물 입구 헤드 구성의 경우, 헤드는 공급물 입구 포핏 밸브 및 퍼지 배기구 포핏 밸브와 같이 헤드에 위치하는 다양한 포핏 밸브를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 3에 대해 전술한 바와 같이, 퍼지 배기구 포핏 밸브는 헤드의 중심에 위치될 수 있는 반면, 공급물 입구 포핏 밸브는 헤드의 외부 부분 주위에 배치될 수 있다. 공급물 입구 포핏 밸브 및 퍼지 배기구 포핏 밸브들 각각은 능동 제어식 포핏 밸브를 작동시키기 위한 하나 이상의 각각의 작동 기구를 포함할 수 있다. 공급 액추에이터는 전술한 바와 같이 작동할 수 있다. 또한, 헤드 또는 밀봉 요소는 헤드의 상이한 구획부에서 공급물 스트림으로부터 퍼지 배기 스트림을 격리시키는데 사용될 수 있다.For the exemplary head on the feed inlet end of the adsorbent bed unit that can be used with the head 313 of Figure 3, two separate connections can be provided, including the feed stream and purge output stream. For this feed inlet head configuration, the head may include various poppet valves located at the head, such as a feed inlet poppet valve and a purge exhaust poppet valve. For example, as described above with respect to FIG. 3, the purge vent poppet valve may be located in the center of the head, while the feed inlet poppet valve may be disposed around the outer portion of the head. Each of the feed inlet poppet valve and the purge exhaust poppet valves may include one or more respective actuating mechanisms for activating the active controlled poppet valve. The supply actuator can operate as described above. In addition, a head or sealing element can be used to isolate the purge exhaust stream from the feed stream in different compartments of the head.

더 많은 스트림을 수용하기 위해, 공급물 입구 단부 상의 헤드는 다양한 구획부로 분할될 수 있다. 예컨대, 고속 순환 스윙 흡착 공정은 공급물 스트림을 처리하기 위한 4개의 연결부를 포함할 수 있다. 따라서, 흡착제 베드 유닛의 공급물 입구 단부 상의 헤드는 상이한 스트림에 대한 접근성을 제공하도록 구획되거나 분할될 수 있다. 예로서, 도 6a 및 도 6b는 헤드에 대한 스트림 연결을 제공하기 위한 방사형 분할을 도시하는 반면, 도 7은 헤드에 대한 2개의 연결부를 제공하는 원주방향 분할을 도시한다.To accommodate more streams, the head on the feed inlet end can be divided into various compartments. For example, a high-speed circulating swing adsorption process can include four connections for processing the feed stream. Thus, the head on the feed inlet end of the adsorbent bed unit can be partitioned or divided to provide access to different streams. As an example, FIGS. 6A and 6B show radial splitting to provide stream connectivity to the head, while FIG. 7 shows circumferential splitting providing two connections to the head.

도 6a 및 도 6b는 본 기술의 일 실시예에 따른 흡착제 베드 유닛에 대한 예시적인 헤드로부터의 도면(600 및 620)이다. 도면(600)은 공급물 스트림, 감압 스트림, 생성물 스트림, 퍼지 스트림 및 퍼지 출력 스트림을 포함할 수 있는 다양한 스트림에 대한 개별적인 연결부를 갖는 헤드의 단면도이다. 특히, 헤드(610)는 중심 포트(604)를 형성하는 중심 원형 구조 요소로부터 방사상으로 연장하는 구조 요소(612)에 의해 구획되는 7개의 상이한 구획부로 분할된다. 따라서, 포핏 밸브(602)와 같은 다양한 포핏 밸브가 상이한 구획부의 각각의 포핏 밸브를 통한 유체의 유동을 제어하기 위해 액추에이터(616)와 같은 작동 기구와 함께 상이한 구획부 내에 분배될 수 있다. 6A and 6B are diagrams 600 and 620 from exemplary heads for an adsorbent bed unit according to one embodiment of the present technology. Figure 600 is a cross-sectional view of a head with separate connections to various streams, which may include feed stream, reduced pressure stream, product stream, purge stream, and purge output stream. In particular, the head 610 is divided into seven different compartments partitioned by structural elements 612 extending radially from the central circular structural element forming the central port 604. Thus, various poppet valves, such as poppet valve 602, can be dispensed within different compartments with an actuating mechanism such as actuator 616 to control the flow of fluid through each poppet valve in different compartments.

예컨대, 헤드는 흡착제 베드 유닛에 대한 공급물 입구 단부 상에 위치될 수 있다. 헤드(610)는 공급물 입구 포핏 밸브일 수 있는 포핏 밸브(602)와 같은 헤드(610) 상에 위치된 다양한 포핏 밸브를 포함한다. 또한, 중심 포트(604)는 퍼지 배기구 도관(미도시)과 유체 교통하는 헤드(610)의 퍼지 배기구 부분으로서 사용될 수 있다. 퍼지 배기구 포핏 밸브(미도시)는 중심 포트(604)와 유체 교통하고 헤드(610)에 고정된다. 포핏 밸브(602)와 같은 포핏 밸브(미도시)는 헤드(610)의 구조적 요소 또는 벽(612)에 의해서 형성된 상이한 구획부 내에 배치된다. 상이한 구획부는 헤드(610)의 입구 포트 부분(614)과 같은 각각의 입구 포트를 통해 상이한 도관으로부터의 유동을 분리하고 격리하는데 사용될 수 있다. 헤드(610)는 실질적으로 원형인 형상을 가지며, 이는 실질적으로 삼각형의 구획부를 제공한다. 또한, 액추에이터(616)와 같은 작동 기구는 하나의 액추에이터가 3 개의 포핏 밸브와 연계되어 있음을 나타내기 위해 이 도면(600)에 중첩되어 있다. 액추에이터는 전술한 바와 같이 작동할 수 있다.For example, the head can be located on the feed inlet end to the adsorbent bed unit. The head 610 includes various poppet valves located on the head 610, such as the poppet valve 602, which may be a feed inlet poppet valve. In addition, the central port 604 can be used as a purge vent portion of the head 610 in fluid communication with a purge vent conduit (not shown). A purge vent poppet valve (not shown) is in fluid communication with the central port 604 and is secured to the head 610. Poppet valves (not shown), such as poppet valve 602, are disposed in different compartments formed by structural elements of head 610 or walls 612. Different compartments can be used to separate and isolate flow from different conduits through each inlet port, such as inlet port portion 614 of the head 610. The head 610 has a substantially circular shape, which provides a substantially triangular partition. In addition, an actuation mechanism, such as actuator 616, is superimposed on this figure 600 to indicate that one actuator is associated with three poppet valves. The actuator can operate as described above.

도면(620)에서, 헤드(610)의 입구 포트 부분(614)은 포핏 밸브(602)로의 접근성을 제공한다. 리프트 플레이트(622)는 헤드(624)의 부분 내에 설치되는 포핏 밸브(602)를 개방 및 폐쇄하기 위해 액추에이터(616)에 의해 안내된다. 단면 라인(6A)은 도 6a의 도면(600)과 도 6b의 도면(620) 사이의 관계를 도시하며, 도면 (600)은 단면 라인(6A)을 따른 도면(620)의 단면도이다.In figure 620, the inlet port portion 614 of the head 610 provides access to the poppet valve 602. The lift plate 622 is guided by an actuator 616 to open and close the poppet valve 602 installed within a portion of the head 624. The section line 6A shows the relationship between the drawing 600 of FIG. 6A and the drawing 620 of FIG. 6B, and the drawing 600 is a cross-sectional view of the drawing 620 along the section line 6A.

다른 실시예로서, 도 7은 본 기술의 일 실시예에 따른 흡착제 베드 유닛에 대한 다른 예시적인 헤드로부터의 단면도(700)이다. 도면(700)에서, 공급물 스트림 및 퍼지 출력 스트림과 같은 개별적인 연결부는 원형 구조 요소(706)를 갖는 헤드(710)에 대해 도시된다. 원형 구조 요소(706)는 상이한 구획부 내에 배치된 상이한 포핏 밸브를 갖는 2개의 구획부로 헤드를 분할하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 포핏 밸브(702)는 외부 구획부에 배치될 수 있는 반면, 포핏 밸브(704)는 내부 구획부에 배치될 수 있다.As another embodiment, FIG. 7 is a cross-sectional view 700 from another exemplary head for an adsorbent bed unit according to one embodiment of the present technology. In the drawing 700, separate connections, such as feed stream and purge output stream, are shown for a head 710 having a circular structural element 706. The circular structural element 706 can be used to divide the head into two compartments with different poppet valves disposed within different compartments. For example, poppet valve 702 may be disposed in the outer compartment, while poppet valve 704 may be disposed in the inner compartment.

예로서, 헤드(710)는 흡착제 베드 유닛에 대한 공급물 입구 단부 상에 위치될 수 있다. 이러한 구성에서, 포핏 밸브(702)는 공급물 입구 포핏 밸브일 수 있고, 포핏 밸브(705)는 퍼지 배기구 포핏 밸브일 수 있고 포핏 밸브(704)는 블로우다운 포핏 밸브일 수 있다. 퍼지 배기구 포핏 밸브(705)는 퍼지 배기구 도관(미도시)과 유체 교통하고 헤드(710)에 고정될 수 있고, 공급물 입구 포핏 밸브(702)는 공급물 입구 도관(미도시)과 유체 교통하고 헤드(710)에 고정된다. 유사하게, 블로우다운 포핏 밸브(704)는 블로우다운 도관(미도시)과 유체 교통하고 헤드(710)에 고정될 수 있다. 헤드(710)의 구조 요소 또는 벽(706)은 퍼지 출력 스트림 및 블로우다운 스트림으로부터 공급물 스트림을 격리시키는데 사용될 수 있다. 상이한 구획부는 공급물 입구 도관 및 퍼지 배기구 도관과 같은 상이한 도관으로부터 유동을 분리하고 격리시키는데 사용될 수 있다. 헤드(710) 및 구조 요소(706)는 실질적으로 원형 형상을 갖는다. 또한, 공급 액추에이터(미도시) 및 퍼지 배기구 액추에이터와 같은 액추에이터는 공급물 입구 포핏 밸브(702) 및 퍼지 배기구 포핏 밸브(705)와 같은 능동 제어식 포핏 밸브를 작동시키는데 사용될 수 있다. 공급 액추에이터는 위에서 설명한대로 작동한다.By way of example, the head 710 can be located on the feed inlet end for the adsorbent bed unit. In this configuration, poppet valve 702 can be a feed inlet poppet valve, poppet valve 705 can be a purge exhaust poppet valve, and poppet valve 704 can be a blowdown poppet valve. The purge exhaust poppet valve 705 can be in fluid communication with the purge exhaust conduit (not shown) and fixed to the head 710, and the feed inlet poppet valve 702 is in fluid communication with the feed inlet conduit (not shown). It is fixed to the head 710. Similarly, blowdown poppet valve 704 may be in fluid communication with a blowdown conduit (not shown) and secured to head 710. The structural element or wall 706 of the head 710 can be used to isolate the feed stream from the purge output stream and blowdown stream. Different compartments can be used to separate and isolate flow from different conduits such as feed inlet conduits and purge exhaust conduits. Head 710 and structural element 706 have a substantially circular shape. In addition, actuators such as feed actuators (not shown) and purge exhaust actuators can be used to operate active controlled poppet valves such as feed inlet poppet valve 702 and purge exhaust poppet valve 705. The supply actuator works as described above.

하나 이상의 실시예에서, 본 기술은 공급물 스트림으로부터 가스 성분의 필요한 분리를 제공하기 위해 고속 순환 온도 및/또는 압력 스윙 흡착의 독특한 조합을 제공한다. 예컨대, 흡착 또는 공급 단계에서, 파이프라인 품질 공급 가스는 CO2를 우선적으로 흡착하도록 선택된 흡착제 물질을 함유하는 흡착제 베드 내로 공급물 스트림으로서 도입될 수 있다. 그 다음, 생성물 스트림인 흡착제 베드를 나가는 가스 스트림은 LNG 사양(예: 50ppm 미만의 CO2를 함유함)에 있다. 흡착제 베드가 포화에 가까워 짐에 따라, 공급물 스트림은 차단되어 다른 흡착제 베드로 전환되고, 현재의 흡착제 베드는 재생 단계에서 재생된다. 재생 단계는 하나 이상의 퍼지 단계 및/또는 하나 이상의 블로우다운 단계와 같은 하나 이상의 감압 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 흡착제 베드의 하우징 내의 압력은 각 후속 단계마다 감소된다. 재생 단계는 흡착 단계 동안 CO2와 함께 흡착된 일부 메탄 가스의 탈착을 초래한다. 블로우다운 출력 스트림은 전형적으로 고순도이며, LNG 사양의 생성물 스트림과 혼합되도록 압축될 수 있다.In one or more embodiments, the present technology provides a unique combination of high speed circulating temperature and/or pressure swing adsorption to provide the necessary separation of gas components from the feed stream. For example, in the adsorption or feed step, the pipeline quality feed gas can be introduced as a feed stream into the adsorbent bed containing adsorbent material selected to preferentially adsorb CO 2 . The gas stream exiting the adsorbent bed, which is the product stream, is then in the LNG specification (eg contains less than 50 ppm CO 2 ). As the adsorbent bed approaches saturation, the feed stream is blocked and converted to another adsorbent bed, and the current adsorbent bed is regenerated in the regeneration step. The regeneration step can include one or more depressurization steps, such as one or more purge steps and/or one or more blowdown steps, wherein the pressure in the housing of the adsorbent bed is reduced for each subsequent step. The regeneration step results in the desorption of some methane gas adsorbed with CO 2 during the adsorption step. Blowdown output streams are typically high purity and can be compressed to mix with product streams of the LNG specification.

특정 실시예에서, 흡착제 베드는 저압에서 가열 단계를 거칠 수 있다. 이 가열 단계는 부분 압력 스윙 흡착과 온도 스윙 흡착을 조합하여 흡착제 베드의 재생을 촉진한다. 가열 단계는 흡착제 베드에서의 금속 기재의 전기 가열, 흡착제 베드를 통한 가열 스트림의 전달 및/또는 허메틱 밀봉된 가열 유체로부터의 대류 가열과 같은 여러 방식으로 제공될 수 있다. 가열 단계가 저압에서 수행될 때, 이 스트림 내의 CO2 농도는 흡착제 베드 상에 분포되기 때문에 감소되어야 한다. 특정 실시예에서, 가열 단계는 출구 퍼지 스트림(예: 퍼지 스트림의 생성물)을 가열 루프 스트림과 혼합한 다음 연료용으로 조합된 스트림을 안내하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가열 루프는 주로 CO2의 스트림으로 고압 및 고온에서 수행될 수 있다. 이러한 구성에서, 블로우다운 단계는 대기압에서 블로우다운 스트림이 연료(생성물이 아닌)에 대해 안내된 상태에서 수행될 수 있고, 그 다음에 흡착제 베드가 퍼지될 수 있다. 그러나, 바람직한 주기는 가열 스트림에서 CO2 양을 (예: 약 20% 미만으로) 제한하는 것을 포함할 수 있다.In certain embodiments, the adsorbent bed may be subjected to a heating step at low pressure. This heating step combines partial pressure swing adsorption and temperature swing adsorption to promote regeneration of the adsorbent bed. The heating step can be provided in several ways, such as electric heating of the metal substrate in the adsorbent bed, delivery of a heating stream through the adsorbent bed and/or convection heating from a hermetic sealed heating fluid. When the heating step is performed at low pressure, the CO 2 concentration in this stream must be reduced because it is distributed on the adsorbent bed. In certain embodiments, the heating step may include mixing the outlet purge stream (eg, the product of the purge stream) with the heating loop stream and then directing the combined stream for fuel. Alternatively, the heating loop can be carried out mainly at a high pressure and high temperature with a stream of CO 2 . In this configuration, the blowdown step can be performed at atmospheric pressure with the blowdown stream being guided against the fuel (not the product), and then the adsorbent bed can be purged. However, preferred cycles may include limiting the amount of CO 2 in the heating stream (eg, less than about 20%).

가열 단계는 어떠한 오염물의 누출(breakthrough)을 최소화하도록 흡착제 베드의 전체 길이를 가열하지 않을 수 있다. 흡착제 베드는 특정 스트림 및 반응에 의해 냉각되기 때문에, 온도 차이는 공급물 단부(예: 냉각된 흡착제 베드의 정면)에서 형성되는 흡착 파를 제공할 수 있고 그 다음 흡착제 베드를 따라 공급 방향으로 이동한다. 흡착 전면이 흡착제 베드의 정면(예: 공급물 단부 근처)에서 형성됨에 따라, 흡착제 베드의 나머지는 흡착 정면이 그 지점으로 진행하기 전에 공급물에 의해 냉각된다. 이것은 공급물의 초기 정도에 LNG 품질 가스를 생산하는 공정을 위한 기구를 제공한다. 예컨대, 가열 단계는 흡착제 베드의 생성물 단부와 공급물 단부와 사이의 온도 차이를 야기하도록 구성될 수 있다. 온도 차이는 흡착제 베드의 공급물 단부와 흡착제 베드의 생성물 단부 사이의 온도 차이이며, 이는 흡착제 베드의 생성물 단부에서의 온도를 흡착제 베드의 공급물 단부에서의 온도로부터 감산함으로써 계산될 수 있다. 온도는 열전쌍 또는 다른 온도 측정 장치에 의해 측정된 온도일 수 있다. 공급물 단부 또는 공급물 측면은 공급물 스트림이 초기에 유입되는 흡착제 베드의 단부인 반면, 생성물 단부는 공급물 단부 반대편의 흡착제 베드 부분 및 공급물 스트림이 흡착제 베드를 빠져 나가는 부분이다. 온도 차이는 100 ℉ 내지 400 ℉의 범위, 125 ℉ 내지 350 ℉의 범위 또는 175 ℉ 내지 300 ℉의 범위일 수 있다. 온도 차이는 공급물 스트림이 공급물 단부로부터 흡착제 베드로 들어가고 흡착제 베드의 고온 부분에 노출되기 전에 오염물(예: CO2 및/또는 물)을 제거하도록 사용될 수 있다. 흡착제 베드의 저온 부분은 가열 공급물 영역으로 지칭될 수 있고, 가열 온도에 있는 흡착제 베드의 부분은 가열 생성물 영역으로 지칭될 수 있고, 가열 공급물 영역으로부터 가열 생성물 영역으로 변이되는 흡착제 베드의 일부분(예: 이들 영역의 온도차 사이에서 증가하는 가열 정면을 갖는 부분)은 가열 전방 영역으로 지칭할 수 있다. 이들 상이한 영역은 가열 단계가 가열 단계의 끝이 최대 가열 생성물 영역 및 최소 가열 공급물 영역인 상태로 수행될 때 변화할 수 있다. 가열 공급물 영역은 흡착제 베드의 공급물 단부로부터 베드 길이의 2%까지, 흡착제 베드의 공급물 단부로부터 베드 길이의 5 %까지, 흡착제 베드의 공급물 단부로부터 베드 길이의 10 %까지 또는 흡착제 베드의 공급물 단부로부터 베드 길이의 20 %까지의 특정 부분일 수 있다. 가열 생성물 영역은 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 60 %까지, 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 베드 길이의 55 %까지 또는 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 50 %의 베드 길이까지의 흡착제 베드의 특정 부분일 수 있다. 또한, 가열 단계는 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 흡착제 베드의 일부분을 가열 온도 부근의 특정 범위 내(예: 가열 온도의 10% 및/또는 가열 온도의 5% 내)로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각 정면의 이동은 흡착 단계 동안 생성물 단부를 향하여 그리고 가열 단계 동안 공급물 단부를 향한다.The heating step may not heat the entire length of the adsorbent bed to minimize breakthrough of any contaminants. Since the adsorbent bed is cooled by a particular stream and reaction, the temperature difference can provide an adsorption wave that forms at the feed end (eg, the front of the cooled adsorbent bed) and then moves in the feed direction along the adsorbent bed. . As the adsorption front is formed at the front of the adsorbent bed (eg near the feed end), the rest of the adsorbent bed is cooled by the feed before the adsorption front proceeds to that point. This provides a mechanism for the process to produce LNG quality gas in the initial stages of the feed. For example, the heating step can be configured to cause a temperature difference between the product end and the feed end of the adsorbent bed. The temperature difference is the temperature difference between the feed end of the adsorbent bed and the product end of the adsorbent bed, which can be calculated by subtracting the temperature at the product end of the adsorbent bed from the temperature at the feed end of the adsorbent bed. The temperature can be the temperature measured by a thermocouple or other temperature measuring device. The feed end or feed side is the end of the adsorbent bed into which the feed stream is initially introduced, while the product end is the portion of the adsorbent bed opposite the feed end and the portion of the feed stream exiting the adsorbent bed. The temperature difference can range from 100°F to 400°F, from 125°F to 350°F, or from 175°F to 300°F. The temperature difference can be used to remove contaminants (eg CO 2 and/or water) before the feed stream enters the adsorbent bed from the feed end and is exposed to the hot portion of the adsorbent bed. The cold portion of the adsorbent bed may be referred to as the heating feed zone, and the portion of the adsorbent bed at the heating temperature may be referred to as the heating product zone, and the portion of the adsorbent bed that transitions from the heating feed zone to the heating product zone ( Example: a portion having a heating front that increases between the temperature differences of these regions) may be referred to as a heating front region. These different zones can change when the heating step is carried out with the end of the heating step being the maximum heating product zone and the minimum heating feed zone. The heating feed zone can range from the feed end of the adsorbent bed to 2% of the bed length, from the feed end of the adsorbent bed to 5% of the bed length, from the feed end of the adsorbent bed to 10% of the bed length, or of the adsorbent bed. It can be a specific portion from the feed end up to 20% of the bed length. The heated product area can be a specific portion of the adsorbent bed from the product end of the adsorbent bed to 60% of the bed length, from the product end of the adsorbent bed to 55% of the bed length, or from the product end of the adsorbent bed to a bed length of 50%. have. In addition, the heating step may include heating a portion of the adsorbent bed from the product end of the adsorbent bed to a specific range near the heating temperature (eg, within 10% of the heating temperature and/or within 5% of the heating temperature). . The movement of the cooling front faces the product end during the adsorption step and the feed end during the heating step.

또한, 특정 실시예에서, 상기 방법은 공급물 스트림으로부터 임의의 둘 이상의 오염물들을 분리하는데(예: 파이프라인 품질 가스일 수 있는 공급물 스트림을 LNG 사양으로 처리하기 위해) 사용될 수 있다. 예컨대, 공급물 스트림이 스트림으로부터 물을 제거하기 위한 추가적인 장비(예: 분자체 흡착 유닛 및/또는 탈수 흡착제 베드 유닛과 같은 탈수 흡착 유닛)를 포함하는 경우, 스트림을 추가 처리하기 위해 본 기술과 통합될 수 있다. 예컨대, 탈수 공정은 분자체 또는 스윙 흡착 공정(예: RCPSA 및/또는 RCTSA)과 같은 탈수 설비에 의해 흡착제 베드 유닛에서 CO2 제거의 상류에서 수행될 수 있다. 특히, 분자체 유닛 또는 제 1 흡착제 베드 유닛은 물을 제거하는데 사용될 수 있으며, 제 2 흡착제 베드 유닛은 CO2를 제거하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 다른 구성에서, 통합된 고속 주기 흡착 시스템은 복수의 오염물들(예: 물 및 CO2)을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 적합한 흡착제 물질 또는 흡착제 층은 CO2와 같은 다른 오염물의 제거에 사용된 흡착제 물질과 동일하거나 상이할 수 있는 탈수를 제공하는데 사용될 수 있다.In addition, in certain embodiments, the method may be used to separate any two or more contaminants from the feed stream (eg, to treat the feed stream, which may be pipeline quality gas) to the LNG specification. For example, if the feed stream includes additional equipment for removing water from the stream (e.g., a dehydration adsorption unit such as a molecular sieve adsorption unit and/or a dehydration adsorption bed unit), it is integrated with the present technology for further processing of the stream. Can be. For example, the dewatering process can be performed upstream of CO 2 removal in the adsorbent bed unit by a dehydration facility such as a molecular sieve or swing adsorption process (eg RCPSA and/or RCTSA). In particular, a molecular sieve unit or a first adsorbent bed unit can be used to remove water, and a second adsorbent bed unit can be used to remove CO 2 . Alternatively, in other configurations, an integrated high-speed cycle adsorption system can be used to remove multiple contaminants (eg, water and CO 2 ). A suitable adsorbent material or adsorbent layer can be used to provide dehydration that can be the same or different from the adsorbent material used to remove other contaminants such as CO 2 .

또한, 본 기술은 CO2 및/또는 물과 같은 오염물들을 제거하기 위한 특정 공정 유동을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 공정은 주기를 형성하는 흡착 단계 및 재생 단계를 포함할 수 있다. 흡착 단계는 생성물 스트림을 형성하기 위해 가스 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리하도록 흡착제 베드 유닛을 통해 공급 압력 및 공급 온도에서 가스 공급물 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 공급물 스트림은 전방향(예: 흡착제 베드의 공급물 단부로부터 흡착제 베드의 생성물 단부로)으로 흡착제 베드를 통과할 수 있다. 그 다음, 가스 공급물 스트림의 유동이 재생 단계 동안 중단될 수 있다. 재생 단계는 하나 이상의 블로우다운 단계, 하나 이상의 가열 단계 및 하나 이상의 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 블로우다운 단계일 수 있거나 또는 블로우다운 단계를 포함할 수 있는 감압 단계는 단일 단계 및/또는 다수 단계일 수 있는 각각의 연속적인 감압 단계에 대해 미리 결정된 양만큼 흡착제 베드 유닛의 압력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 감압 단계는 전방향으로 제공되거나 또는 바람직하게는 역방향(예: 흡착제 베드의 생성물 단부로부터 흡착제 베드의 공급물 단부로)으로 제공될 수 있다. 가열 단계는 가열 루프를 통해 재순환된 스트림일 수 있고 흡착제 물질을 가열하기 위해 사용되는 흡착제 베드 유닛 내로 가열 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 가열 스트림(예: 루프 가스) 대 공급물 스트림(예: 공급물 가스)의 비율은 흡착제 물질의 유형, 공급물 스트림의 CO2 공급 농도 및 흡착제 베드의 가열 주파수에 기초할 수 있다. 공급물 스트림에서 CO2의 낮은 공급 농도의 경우, 흡착 단계의 지속시간이 길어질수록 흡착제 베드의 재가열이 줄어들 수 있다. 예컨대, 스트림이 공급물 유동에서 2%의 CO2를 갖는 경우, 공급물 스트림의 약 50 내지 60 %가 가열 스트림에서 사용될 수 있는 반면, 공급물 스트림에서 0.5%의 CO2에 대해 약 15 내지 25 %의 공급물 스트림이 가열 스트림에서 사용될 수 있다.In addition, the technology may include specific process flows to remove contaminants such as CO 2 and/or water. For example, the process may include adsorption and regeneration steps to form a cycle. The adsorption step can include passing the gas feed stream at feed pressure and feed temperature through the adsorbent bed unit to separate one or more contaminants from the gas feed stream to form a product stream. The feed stream can be passed through the adsorbent bed in all directions (eg, from the feed end of the adsorbent bed to the product end of the adsorbent bed). The flow of gas feed stream can then be stopped during the regeneration step. The regeneration step can include one or more blowdown steps, one or more heating steps, and one or more purge steps. The depressurization step, which may be a blowdown step or may include a blowdown step, reduces the pressure of the adsorbent bed unit by a predetermined amount for each successive depressurization step, which may be a single step and/or multiple steps. It can contain. The depressurization step may be provided in the forward direction or preferably in the reverse direction (eg from the product end of the adsorbent bed to the feed end of the adsorbent bed). The heating step can be a stream recycled through the heating loop and can include passing the heating stream through an adsorbent bed unit used to heat the adsorbent material. For example, the ratio of the heating stream (eg loop gas) to the feed stream (eg feed gas) can be based on the type of adsorbent material, the CO 2 feed concentration of the feed stream and the heating frequency of the adsorbent bed. For a low feed concentration of CO 2 in the feed stream, the longer the duration of the adsorption step, the less reheating of the adsorbent bed. For example, if the stream has 2% CO 2 in the feed flow, about 50-60% of the feed stream can be used in the heating stream, while about 15-25 for 0.5% CO 2 in the feed stream % Feed stream can be used in the heating stream.

가열 온도 및 가열 압력에서 제공될 수 있는 가열 스트림은 공급물 스트림에 대해 역류 유동으로 제공될 수 있다. 퍼지 단계는 퍼지 스트림을 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 것을 포함할 수 있으며, 이는 한번 통과하는 퍼지 단계일 수 있고 퍼지 스트림은 공급물 스트림에 대해 역류 유동으로 제공될 수 있다. 퍼지 스트림은 퍼지 온도 및 퍼지 압력으로 제공될 수 있으며, 퍼지 온도 및 퍼지 압력은 가열 단계에서 사용된 가열 온도 및 가열 압력과 유사하다. 그 다음, 주기가 추가 스트림에 대해 반복될 수 있다. 또한, 상기 공정은 퍼지 단계 이후 및 흡착 단계 이전에 하나 이상의 재가압 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 재가압 단계가 수행될 수 있으며, 흡착제 베드 유닛 내의 압력은 각 연속 재가압 단계에 의한 미리 결정된만큼 각각의 재가압 단계마다 증가된다. 주기 지속시간은 1초 초과 600초 미만, 2초 초과 180초 미만 또는 5초 초과 90초 미만일 수 있다.The heating stream, which can be provided at the heating temperature and the heating pressure, can be provided in countercurrent flow to the feed stream. The purge step can include passing the purge stream through an adsorbent bed unit, which can be a one-pass purge step and the purge stream can be provided in a countercurrent flow to the feed stream. The purge stream can be provided at a purge temperature and purge pressure, the purge temperature and purge pressure being similar to the heating temperature and heating pressure used in the heating step. The cycle can then be repeated for additional streams. In addition, the process may include one or more repressurization steps after the purge step and before the adsorption step. One or more repressurization steps can be performed, and the pressure in the adsorbent bed unit is increased for each repressurization step by a predetermined amount by each successive repressurization step. The cycle duration may be greater than 1 second, less than 600 seconds, greater than 2 seconds, less than 180 seconds, or greater than 5 seconds, less than 90 seconds.

특정 실시예에서, 시스템은 LNG 사양을 충족시키기 위해 파이프라인 품질의 천연 가스를 처리하여 스트림에 대한 오염물들을 제거하도록 TSA 및 PSA를 조합한 조합 스윙 흡착 공정을 이용한다. 상기 공정은 흡착제 베드 유닛(예: 각각이 평행 채널 흡착제 베드를 가짐)을 사용하며, 흡착제 베드 유닛은 부분적으로 감압되고, 열 보조 압력 탈착을 위한 퍼지 온도에서 퍼지 스트림 및 가열 온도에서 가열 루프를 사용하여 가열된다. 그 다음, 공급물 스트림은 주기의 흡착 단계 동안 흡착제 베드를 냉각시키는데 사용된다. 특히, 고속 순환 스윙 흡착 공정은 LNG 사양(예: 50ppm CO2 미만 및 약 4ppm H2S 미만)을 충족시키는 스트림을 형성하기 위해 파이프라인 사양(예: 약 부피 2% CO2 이하 및/또는 4 ppm H2S 이하와 함께 주로 탄화수소의 공급물 스트림)인 천연 가스를 처리하는데 사용된다. In certain embodiments, the system utilizes a combined swing adsorption process combining TSA and PSA to treat pipeline quality natural gas to remove contaminants to the stream to meet LNG specifications. The process uses an adsorbent bed unit (e.g., each having a parallel channel adsorbent bed), the adsorbent bed unit is partially depressurized, using a purge stream at a purge temperature for heat assisted pressure desorption and a heating loop at a heating temperature. Is heated. The feed stream is then used to cool the adsorbent bed during the adsorption phase of the cycle. In particular, the high-speed circulating swing adsorption process requires pipeline specifications (e.g., about 2% CO 2 or less by volume and/or 4) to form a stream that meets the LNG specifications (e.g., less than 50 ppm CO 2 and less than about 4 ppm H 2 S). It is used to treat natural gas, which is mainly a feed stream of hydrocarbons with ppm H 2 S or less.

하나 이상의 실시예들에 있어서, 상기 물질은 비-흡착제 지지부 상에서 지지되는 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 흡착제 물질들의 비제한적인 예들로서는 알루미나, 미세 다공성 제올라이트, 탄소, 양이온성 제올라이트, 고규산 제올라이트, 고규산 주문형 메조포러스 물질, 졸 겔 물질, 알루미늄인 및 산소(ALPO) 물질(알루미늄인 및 산소를 주로 수용하는 미세 다공성 및 메조포러스 물질), 실리콘 알루미늄인 및 산소(SAPO) 물질(주로 실리콘 알루미늄인 및 산소를 수용하는 미세 다공성 및 메조포러스 물질), 금속 유기 프레임워크(MOF) 물질(금속 유기 프레임워크로 구성된 미세 다공성 및 메조포러스 물질) 및 제올라이트성 이미다졸레이트 프레임워크(ZIF) 물질(제올라이트성 이미다졸레이트 프레임워크로 구성된 미세 다공섬 및 메조포러스 물질)을 포함할 수 있다. 다른 물질들은 작용기로 기능화된 미세 다공성 및 중공 극성 흡착제를 포함한다. 작용기들의 예로서는 제 1, 2차, 3차 아민, 및 아미딘, 구아니딘 및 비구아나이드와 같은 다른 비 양자성 기본 그룹들을 포함할 수 있다.In one or more embodiments, the material can include an adsorbent material supported on a non-adsorbent support. Non-limiting examples of adsorbent materials include alumina, microporous zeolite, carbon, cationic zeolite, high silicic acid zeolite, high silicic acid mesoporous material, sol gel material, aluminum phosphorus and oxygen (ALPO) materials (aluminum phosphorus and oxygen Mainly accommodates microporous and mesoporous materials), silicon aluminum phosphorus and oxygen (SAPO) materials (mainly silicon aluminum phosphorus and oxygen-accepting microporous and mesoporous materials), metal organic framework (MOF) materials (metal organic frames Microporous and mesoporous materials composed of work) and zeolitic imidazolate framework (ZIF) materials (microporous island and mesoporous materials composed of zeolitic imidazolate framework). Other materials include microporous and hollow polar adsorbents functionalized with functional groups. Examples of functional groups can include primary, secondary, tertiary amines, and other non-quantum basic groups such as amidine, guanidine and biguanide.

또한, 하나 이상의 실시예에서, 흡착제 베드 유닛은 가스 혼합물로부터 목표 가스 성분의 분리를 위해 사용될 수 있는 흡착제 베드를 포함할 수 있다. 흡착제 베드는 일반적으로 비 흡착제 지지체 또는 접촉기에 지지된 흡착제 물질로 구성된다. 이러한 흡착제 베드는 실질적으로 평행한 유동 채널을 포함할 수 있으며, 여기서 유동 채널을 제외한 접촉기의 개방 공극 부피의 20 부피%, 바람직하게는 15 부피% 이하가 약 20 옹스트롱 초과의 공극 내에 있다. 고정된 압력 차가 공급물 스트림이 흡착제 베드에 유입되는 지점 또는 장소와 생성물 스트림이 흡착제 베드를 떠나는 지점 또는 장소 사이에 적용되는 경우, 가스가 흐르는 유동 채널은 흡착제 베드의 그 부분으로 취해진다. 흡착제 베드에서, 흡착제 물질은 유동 채널의 벽 안으로 통합된다.In addition, in one or more embodiments, the adsorbent bed unit may include an adsorbent bed that can be used for separation of target gas components from the gas mixture. The adsorbent bed is generally composed of an adsorbent material supported on a non-adsorbent support or contactor. Such an adsorbent bed may include substantially parallel flow channels, wherein 20% by volume, preferably 15% by volume or less of the open pore volume of the contactor excluding the flow channels is within a pore greater than about 20 Angstroms. When a fixed pressure difference is applied between the point or place where the feed stream enters the adsorbent bed and the point or place where the product stream leaves the adsorbent bed, a flow channel through which the gas flows is taken into that portion of the adsorbent bed. In the adsorbent bed, adsorbent material is incorporated into the walls of the flow channel.

하나 이상의 실시예에서, RCTSA 또는 RCPSA를 사용할 때, 총 주기 시간은 전형적으로 600초 미만, 바람직하게는 180초 미만, 보다 바람직하게는 90초 미만, 및 더욱 바람직하게는 60초 미만이다.In one or more embodiments, when using RCTSA or RCPSA, the total cycle time is typically less than 600 seconds, preferably less than 180 seconds, more preferably less than 90 seconds, and even more preferably less than 60 seconds.

기술 분야의 당업자는 개시된 방법론의 실제 응용에서 컴퓨터, 전형적으로는 적절하게 프로그램된 디지털 컴퓨터에서 부분적으로 수행된다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 또한, 하기 상세한 설명의 일부분은 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트에 대한 작동의 절차, 단계, 논리 블록, 처리 및 다른 기호 표현의 관점에서 제공된다. 이러한 설명 및 표현은 데이터 처리 기술 분야의 당업자가 그들의 작업 내용을 당업자에게 가장 효과적으로 전달하기 위해 사용되는 수단이다. 본 출원에서, 절차, 단계, 논리 블록, 공정 등은 원하는 결과를 유도하는 단계 또는 명령들의 자체-일관된 시퀀스로 생각된다. 이 단계는 물리적 양을 물리적으로 조작해야 하는 단계이다. 일반적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 양은 컴퓨터 시스템에서 저장, 전송, 결합, 비교 및 조작이 가능한 전기 또는 자기 신호의 형태를 취한다.Those skilled in the art will readily understand that the actual application of the disclosed methodology is partially performed on a computer, typically a suitably programmed digital computer. Also, portions of the following detailed description are provided in terms of procedures, steps, logical blocks, processing and other symbolic representations of operations on data bits in computer memory. These descriptions and representations are the means used by those skilled in the data processing arts to most effectively convey their work to those skilled in the art. In the present application, a procedure, step, logical block, process, etc. is considered to be a self-consistent sequence of steps or instructions leading to a desired result. This step is a physical manipulation of the physical quantity. Generally, but not necessarily, these quantities take the form of electrical or magnetic signals that can be stored, transferred, combined, compared and manipulated in a computer system.

그러나 이러한 모든 용어와 유사한 용어는 적절한 물리량과 관련되어 있으며 이러한 양에 적용되는 편리한 표시일뿐이다라는 것을 명심해야 한다. 다음의 논의로부터 명백한 바와 같이 특별히 언급하지 않는 한, 본 출원 전체에 걸쳐, "처리"또는 "컴퓨팅", "계산", "비교", "결정", "디스플레이", "복사", "생산", "저장", "부가", "적용", "실행", "유지", "갱신", "생성", "구축 중", "발생 중" 등과 같은 용어를 사용하는 논의는 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 내의 물리적(전자) 량으로 표현된 데이터를 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 이러한 정보 저장, 송신 또는 디스플레이 내의 다른 유사한 물리량으로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환하는, 컴퓨터 시스템 또는 유사 전자 컴퓨팅 디바이스의 작용 및 처리에 관한 것이라는 것을 이해할 수 있다. It should be borne in mind, however, that terms similar to all these terms are related to appropriate physical quantities and are only convenient indications applied to these quantities. Throughout this application, "processing" or "computing", "calculation", "comparison", "decision", "display", "copy", "production", unless specifically stated otherwise from the following discussion. Discussions using terms such as, "save", "additional", "apply", "execute", "maintenance", "update", "create", "constructing", "occurring", etc. And a computer system or similar electronic computing that manipulates and transforms data represented in physical (electronic) amounts in memory into computer system memory or registers or other data similarly represented in other similar physical quantities in storage, transmission or display of such information. It is understood that it is related to the operation and processing of the device.

본 기술의 실시예는 또한 본 명세서의 작동을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 요구되는 목적을 위해 특별히 구성될 수 있거나, 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램(예: 하나 이상의 명령 세트)에 의해 선택적으로 작동되거나 재구성되는 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 기계(예: 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송하기 위한 임의의 기구를 포함한다. 예컨대, 컴퓨터 판독 가능(예: 기계 판독 가능) 매체는 기계(예: 컴퓨터) 판독 가능 저장 매체[예: 읽기 전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM "), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치 등] 및 기계(컴퓨터) 판독 가능 전송 매체[전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호(예: 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등)]를 포함할 수 있다.Embodiments of the present technology also relate to apparatus for performing the operations herein. The apparatus may be specially configured for the required purpose, or may include a general purpose computer selectively operated or reconfigured by a computer program (eg, one or more instruction sets) stored in the computer. Such computer programs may be stored in computer readable media. Computer-readable media includes any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine (eg, a computer). For example, computer readable (eg, machine readable) media includes machine (eg, computer) readable storage media (eg, read only memory (“ROM”), random access memory (“RAM”), magnetic disk storage media, Optical storage media, flash memory devices, etc.) and machine (computer) readable transmission media (electrical, optical, acoustical or other forms of propagation signals (eg, carrier waves, infrared signals, digital signals, etc.)).

또한, 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 모듈들, 특징들, 속성들, 방법론들 및 다른 측면들은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로서 구현될 수 있다. 물론, 본 발명의 구성요소가 소프트웨어로서 구현되는 경우, 구성요소는 독립형 프로그램으로서, 보다 큰 프로그램의 일부로서, 복수의 개별 프로그램들로서, 정적 또는 동적으로 링크된 라이브러리로서, 커널 로딩가능한 모듈로서, 디바이스 드라이버로서, 및/또는 현재 또는 미래에 컴퓨터 프로그램 분야의 당업자에게 공지된 모든 방식 및 기타 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 임의의 특정 운영 체제 또는 환경에서의 구현에 결코 제한되지 않는다.Also, as will be apparent to those skilled in the art, the modules, features, attributes, methodologies and other aspects of the present invention can be implemented as software, hardware, firmware or any combination thereof. Of course, when the components of the present invention are implemented as software, the component is a standalone program, as part of a larger program, as a plurality of individual programs, as a static or dynamically linked library, as a kernel loadable module, as a device It can be implemented as a driver, and/or in any and other ways known to those skilled in the art of computer programming at present or in the future. Further, the present invention is by no means limited to implementation in any particular operating system or environment.

또한, 하나 이상의 실시예는 공정의 다양한 단계에서 모델링 개선을 수행하기 위해 하나 이상의 명령 세트를 실행함으로써 수행되는 방법을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 방법은 모듈들, 구성요소들 및/또는 센서들 사이에서 데이터를 전송하는 것과 함께 현재 상태들 또는 표시들에 대한 임계치들 사이의 비교를 수행하기 위한 하나 이상의 명령어 세트를 실행하는 단계를 포함할 수 있다. 예로서, 컴퓨터 시스템은 탄화수소 처리를 관리하는 단계적 접근을 따르도록 구성될 수 있다. 예컨대, 플랜트 또는 설비의 운전은 플랜트를 통하여 플랜트 내의 스트림을 처리하는 하나 이상의 공정으로의 스트림의 유동을 관리하도록 구성된 플랜트 제어 시스템을 포함할 수 있다. 플랜트 제어 시스템은 특정 공정 각각에 대한 공정 제어 시스템, 특정 공정 내의 각 유닛에 대한 유닛 제어 시스템 및 플랜트의 안전을 관리하도록 구성된 안전 시스템을 포함할 수 있다. 유닛 제어 시스템 내에서, 다양한 스트림 제어 모듈은 유닛의 특정 스트림에 대한 밸브 및 장비를 관리하는데 사용될 수 있다. 예로서, 유닛 제어 시스템은 공급 제어 모듈 및/또는 퍼지 제어 모듈을 포함할 수 있다. 이들 모듈은 프로세서, 상기 프로세서와 통신하는 메모리 및 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 액세스 가능한 일련의 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 명령어 세트는 실행될 때 예컨대, 능동 작동식 공급물 포핏 밸브 및/또는 능동 작동식 퍼지 포핏 밸브와 같은, 각각의 능동 작동식 포핏 밸브의 개방 시퀀스, 개방 시간, 개방 속도 및/또는 폐쇄 속도를 결정하는 수치 계산을 수행하도록 구성될 수 있다.Additionally, one or more embodiments may include methods performed by executing one or more sets of instructions to perform modeling improvements at various stages of the process. For example, the method may include executing one or more instruction sets to perform a comparison between thresholds for current states or indications along with transmitting data between modules, components, and/or sensors. It can contain. By way of example, a computer system can be configured to follow a step-by-step approach to managing hydrocarbon processing. For example, operation of a plant or facility may include a plant control system configured to manage the flow of streams through the plant to one or more processes that process the streams within the plant. The plant control system may include a process control system for each specific process, a unit control system for each unit in a specific process, and a safety system configured to manage the safety of the plant. Within the unit control system, various stream control modules can be used to manage valves and equipment for a particular stream of units. By way of example, the unit control system can include a supply control module and/or a purge control module. These modules may include a processor, a memory in communication with the processor, and a series of instructions stored in and accessible by the processor, the instruction set when executed, eg, an active actuated feed poppet valve and/or active It can be configured to perform numerical calculations that determine the opening sequence, opening time, opening speed and/or closing speed of each active actuated poppet valve, such as an actuated purge poppet valve.

예로서, 컴퓨터 시스템은 흡착제 베드 유닛에 제공되는 스트림에 대한 공정 제어를 구현하도록 이용 및 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 프로세서; 상기 프로세서와 통신하는 메모리; 및 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 액세스 가능한 명령 세트를 포함하고, 상기 명령들의 세트는 실행될 때, 능동 제어식 공급물 포핏 밸브와 같은 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브로 신호를 전송하도록 구성된다. 전송 신호는 포핏 밸브를 개방하거나 포핏 밸브를 폐쇄하는 것일 수 있다. 구체적으로, 전송 신호는 가스 공급물 스트림을 공급물 입구 도관으로부터 흡착제 베드 유닛의 하우징의 내부 영역에 배치된 흡착제 베드로 통과시키기 위해 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 개방시키는 것일 수 있다. 또한, 전송 신호는 가스 공급물 스트림이 흡착제 베드에 들어가는 것을 방해하거나 방지하기 위해 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 폐쇄하는 것일 수 있다. 또다른 예로서, 전송 신호는 퍼지 출력 스트림을 흡착제 베드로부터 퍼지 배기구 도관으로 통과시키기 위해 능동 제어식 퍼지 포핏 밸브를 개방시키는 것일 수 있다. 또한, 전송 신호는 스트림이 흡착제 베드를 빠져 나가는 것을 방해하거나 방지하기 위해 능동 제어식 퍼지 포핏 밸브를 폐쇄하는 것일 수 있다.By way of example, a computer system can be used and configured to implement process control for the stream provided to the adsorbent bed unit. The computer system includes a processor; A memory in communication with the processor; And a set of instructions stored in the memory and accessible by the processor, the set of instructions, when executed, is configured to send a signal to one or more active controlled poppet valves, such as an active controlled feed poppet valve. The transmission signal may be to open the poppet valve or close the poppet valve. Specifically, the transmission signal may be to open the active controlled feed poppet valve to pass the gas feed stream from the feed inlet conduit to the adsorbent bed disposed in the inner region of the housing of the adsorbent bed unit. Additionally, the transmission signal may be to close the active controlled feed poppet valve to prevent or prevent the gas feed stream from entering the adsorbent bed. As another example, the transmission signal may be to open an active controlled purge poppet valve to pass the purge output stream from the adsorbent bed to the purge exhaust conduit. Additionally, the transmission signal may be to close the active controlled purge poppet valve to prevent or prevent the stream from exiting the adsorbent bed.

여기에 개시된 방법 중 하나를 수행하는데 사용할 수 있는 컴퓨터 시스템의 예이다. 중앙 처리 장치(CPU)는 시스템 버스에 결합된다. CPU(및 시스템의 다른 구성요소들)가 본원에 기술된 바와 같은 독창적 작동들을 지원하는 한, CPU(또는 예시적인 시스템의 다른 구성요소들)의 아키텍처들의 다른 유형들이 사용될 수 있지만, CPU는 임의의 범용 CPU일 수 있다. CPU는 개시된 양태들 및 방법들에 따라 다양한 논리 명령들을 실행할 수 있다. 예컨대, CPU는 여기에 개시된 양태들 및 방법들에 따른 프로세싱을 수행하기 위한 기계-레벨 명령어들을 실행할 수 있다.Here is an example of a computer system that can be used to perform one of the methods disclosed herein. The central processing unit (CPU) is coupled to the system bus. As long as the CPU (and other components of the system) support original operations as described herein, other types of architectures of the CPU (or other components of the exemplary system) can be used, but the CPU is free of any It can be a general purpose CPU. The CPU can execute various logic instructions in accordance with the disclosed aspects and methods. For example, a CPU can execute machine-level instructions to perform processing according to aspects and methods disclosed herein.

컴퓨터 시스템은 또한 SRAM, DRAM, SDRAM 등일 수 있는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 컴퓨터 구성요소를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 또한 PROM, EPROM, EEPROM 등일 수 있는 ROM(판독 전용 메모리)을 포함할 수 있다. RAM 및 ROM은 당업계에 공지된 바와 같이 사용자 및 시스템 데이터 및 프로그램을 보유한다. 컴퓨터 시스템은 또한 입/출력(I/O) 어댑터, 통신 어댑터, 사용자 인터페이스 어댑터 및 디스플레이 어댑터를 포함할 수 있다. 특정 양태 및 기술에서, I/O 어댑터, 사용자 인터페이스 어댑터 및/또는 교통 어댑터는 사용자가 정보를 입력하기 위해 컴퓨터 시스템과 상호 작용할 수 있게 한다.The computer system may also include computer components such as random access memory (RAM), which may be SRAM, DRAM, SDRAM, and the like. The computer system may also include a ROM (Read Only Memory), which may be a PROM, EPROM, EEPROM, or the like. RAM and ROM hold user and system data and programs as known in the art. The computer system may also include input/output (I/O) adapters, communication adapters, user interface adapters, and display adapters. In certain aspects and techniques, I/O adapters, user interface adapters, and/or traffic adapters allow a user to interact with a computer system to input information.

I/O 어댑터는 하나 이상의 하드 드라이브, CD 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브 등과 같은 저장 장치를 컴퓨터 시스템에 결합하는 것이 바람직하다. 저장 장치(들)는 본 기술의 실시예의 작동을 위한 데이터를 저장하는 것과 관련된 메모리 요구량에 대해 RAM이 충분하지 않을 때 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템의 데이터 저장부는 여기에 개시된 바와 같이 사용되거나 생성된 정보 및/또는 다른 데이터를 저장하는데 사용될 수 있다. 통신 어댑터는 컴퓨터 시스템을 네트워크(미도시)에 결합시킬 수 있으며, 이는 네트워크(예: 광역 네트워크, 근거리 네트워크, 무선 네트워크, 상기의 임의의 조합)를 통해 정보가 시스템에 입력시키거나 및/또는 시스템으로부터 출력되도록 할 수 있다. 사용자 인터페이스 어댑터는 키보드, 포인팅 장치 등과 같은 사용자 입력 장치를 컴퓨터 시스템에 결합한다. 디스플레이 어댑터는 CPU에 의해 구동되어 디스플레이 드라이버를 통해 디스플레이 장치 상의 디스플레이를 제어한다. 개시된 양태 및 방법에 따라, 하나 이상의 2D 캔버스 및 하나 이상의 3D 윈도우의 정보 및/또는 표현이 디스플레이될 수 있다.It is desirable for the I/O adapter to combine storage devices such as one or more hard drives, CD drives, floppy disk drives, tape drives, and the like into a computer system. The storage device(s) can be used when there is insufficient RAM for the memory requirements associated with storing data for operation of embodiments of the present technology. The data storage portion of the computer system can be used to store information and/or other data used or generated as disclosed herein. A communication adapter can couple a computer system to a network (not shown), which allows information to enter the system and/or through a network (eg, a wide area network, local area network, wireless network, any combination of the above) and/or Can be output from A user interface adapter couples a user input device, such as a keyboard, pointing device, or the like, to a computer system. The display adapter is driven by the CPU to control the display on the display device through a display driver. According to the disclosed aspects and methods, information and/or representations of one or more 2D canvases and one or more 3D windows may be displayed.

컴퓨터 시스템의 아키텍처는 원하는대로 변경될 수 있다. 예컨대, 개인용 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 컴퓨터 워크 스테이션 및 멀티 프로세서 서버를 포함하되 이에 국한되지 않는 적절한 프로세서 기반 장치를 사용할 수 있다. 또한, 실시예들은 ASIC(주문형 집적 회로;application specific integrated circuit) 또는 VLSI(대규모 집적 회로; very large scale integrated) 회로에서 구현될 수 있다. 실제로, 당업자는 실시예에 따라 논리적 작동을 실행할 수 있는 임의의 수의 적절한 구조를 사용할 수 있다.The architecture of the computer system can be changed as desired. Any suitable processor-based device can be used, including, but not limited to, personal computers, laptop computers, computer workstations, and multi-processor servers. Further, embodiments may be implemented in an ASIC (application specific integrated circuit) or VLSI (very large scale integrated) circuit. Indeed, a person skilled in the art can use any number of suitable structures capable of performing logical operations according to embodiments.

개시된 본 발명의 원리들이 제공될 수 있는 많은 가능한 실시예들을 고려할 때, 예시적인 실시예들은 오직 본 발명의 적합한 예들에 불과할 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 사실이 인정되어야 한다. In view of the many possible embodiments in which the disclosed principles of the invention can be provided, it should be appreciated that the exemplary embodiments are only suitable examples of the invention and should not be regarded as limiting the scope of the invention.

Claims (32)

공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 공정으로서,
a) 흡착제 베드 유닛에서 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은 (i) 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 개방시켜서 공급물 입구 도관으로부터 상기 흡착제 베드 유닛의 하우징의 내부 영역에 배치된 흡착제 베드로 가스 공급물 스트림을 통과시키는 단계, (ii) 상기 가스 공급물 스트림을 상기 흡착제 베드에 노출시켜서 상기 가스 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리하여 생성물 스트림을 형성하는 단계, 및 (iii) 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브를 개방시켜서 상기 생성물 스트림을 상기 하우징 내의 내부 영역으로부터 멀어져서 생성물 도관으로 안내하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브 각각은 상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브 중 적어도 하나와 동 위상으로 작동하는, 상기 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계;
b) 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 감압 단계 각각은 출력 스트림 중에 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 분리 안내하는 단계를 포함하는, 상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계; 및
c) 적어도 하나의 추가 주기 동안 상기 단계 a) 내지 b)를 반복하는 단계로서, 주기 지속시간은 1초 초과 600초 미만의 기간인, 상기 반복하는 단계;를 포함하고,
상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 개방시키는 단계는 공급물 작동 기구와 함께 복수의 공급물 밸브 스템들에 고정된 공급물 리프트 플레이트를 선형 이동시켜서 복수의 공급물 개구들을 제공하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 복수의 공급물 밸브 스템들 각각은 공급물 디스크 요소에 고정되고 상기 복수의 공급물 개구들 각각은 상기 공급물 디스크 요소와 상기 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 관련 공급물 시트 사이에 갭을 형성하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.A process for removing contaminants from a feed stream,
a) performing one or more adsorption steps in an adsorbent bed unit, wherein each of the one or more adsorption steps (i) opens one or more active controlled feed poppet valves to open the interior of the housing of the adsorbent bed unit from the feed inlet conduit. Passing a gas feed stream through an adsorbent bed disposed in a zone, (ii) exposing the gas feed stream to the adsorbent bed to separate one or more contaminants from the gas feed stream to form a product stream, and (iii) opening one or more manually controlled product valves to direct the product stream away from an inner region within the housing to a product conduit, each of the one or more manually controlled product valves being the one or more active controlled feeds. Performing the one or more adsorption steps, operating in phase with at least one of the poppet valves;
b) performing one or more decompression steps, each of the one or more decompression steps comprising separating and guiding at least a portion of the one or more contaminants in an output stream; And
c) repeating steps a) to b) for at least one additional cycle, wherein the cycle duration is a period of greater than 1 second and less than 600 seconds;
The step of opening the one or more active controlled feed poppet valves further comprises providing a plurality of feed openings by linearly moving a feed lift plate fixed to a plurality of feed valve stems with a feed actuation mechanism. Each of the plurality of feed valve stems is secured to a feed disc element and each of the plurality of feed openings is between the feed disc element and an associated feed seat fixed to the housing of the adsorbent bed unit. Process for removing contaminants, forming a gap. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 개방시키는 단계는 상기 복수의 공급물 개구들 중 제 2 공급물 개구를 통해서 제 2 공급물 유동 경로를 제공하기 전에 상기 복수의 공급물 개구들 중 제 1 공급물 개구를 통해서 상기 가스 공급물 스트림을 위한 제 1 공급물 유동 경로를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.According to claim 1,
The step of opening the one or more active controlled feed poppet valves may include the first supply of the plurality of feed openings before providing a second feed flow path through the second of the plurality of feed openings. A process for removing contaminants further comprising providing a first feed flow path for the gas feed stream through a water opening. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 개방시키는 단계는 상기 공급물 디스크 요소를 상기 흡착제 베드로부터 멀어지게 이동시켜서 상기 공급물 디스크 요소와 상기 관련 공급물 시트 사이에 갭을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
Opening the one or more active controlled feed poppet valves further includes moving the feed disk elements away from the adsorbent bed to form a gap between the feed disk elements and the associated feed seat. Process to remove contaminants. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 공급물 입구 도관과 상기 내부 영역 사이의 압력 차에 기초하여 상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브 각각에 대한 상기 공급물 디스크 요소에 압력을 인가하여 상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계 동안 상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브로부터의 누설을 방지하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
Applying one pressure to the feed disk element for each of the one or more active controlled feed poppet valves based on the pressure difference between the feed inlet conduit and the inner region during the one or more decompression steps A process for removing contaminants further comprising the step of preventing leakage from the above active controlled feed poppet valve. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브를 개방시키는 단계는 생성물 편향 기구와 함께 적어도 하나의 생성물 밸브 스템을 선형 이동시켜서 상기 적어도 하나의 생성물 밸브 스템에 결합된 생성물 디스크 요소와 상기 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 생성물 시트 사이에 생성물 개구를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
The step of opening the one or more manually controlled product valves linearly moves at least one product valve stem with a product deflection mechanism to secure a product disc element coupled to the at least one product valve stem and a housing of the adsorbent bed unit. A process for removing contaminants, further comprising providing a product opening between the product sheets. 제 7 항에 있어서,
상기 생성물 편향 기구는 상기 내부 영역과 상기 생성물 도관 사이에서 특정 임계치를 초과하는 압력 차에 기초하여 선형 이동하도록 구성되는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method of claim 7,
The product deflection mechanism is configured to move linearly based on a pressure difference exceeding a certain threshold between the inner region and the product conduit. 제 7 항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 포핏 밸브를 개방시키는 단계는 상기 생성물 디스크 요소를 상기 흡착제 베드로부터 멀어지게 이동시켜서 상기 생성물 디스크 요소와 상기 생성물 시트 사이에 갭을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method of claim 7,
The step of opening the one or more manually controlled product poppet valves further comprises moving the product disc element away from the adsorbent bed to form a gap between the product disc element and the product seat, removing contaminants. Process to do. 제 7 항에 있어서,
상기 내부 영역과 상기 생성물 도관 사이의 생성물 압력 차로부터 상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 포핏 밸브 각각에 대한 상기 생성물 디스크 요소에 압력을 인가하여 상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계 동안 상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 포핏 밸브로부터의 누설을 방지하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method of claim 7,
The one or more manually controlled product poppets during the step of performing the one or more depressurization steps by applying pressure to the product disk element for each of the one or more manually controlled product poppet valves from the product pressure difference between the inner region and the product conduit A process for removing contaminants, further comprising the step of preventing leakage from the valve. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브를 개방시키는 단계는 가요성 스트립을 이동시켜서 금속 스트립과 생성물 시트 사이에 생성물 개구를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
The step of opening the one or more manually controlled product valves further includes moving the flexible strip to provide a product opening between the metal strip and the product sheet. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 감압 단계를 수행하는 단계는 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛 내로 통과시켜서 퍼지 출력 스트림 내의 하나 이상의 오염물 중 적어도 일부를 분리 안내하는 단계를 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
The step of performing the one or more depressurization steps includes performing one or more purge steps, each of the one or more purge steps passing a purge stream into the adsorbent bed unit to remove at least some of the one or more contaminants in the purge output stream. A process for removing contaminants, comprising guiding separation. 제 12 항에 있어서,
상기 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 (i) 하나 이상의 능동 제어식 퍼지 배기구 포핏 밸브를 개방시켜서 상기 퍼지 출력 스트림을 상기 흡착제 베드로부터 멀어지게 안내하는 단계, (ii) 상기 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드에 노출시켜서 상기 흡착제 베드로부터 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 분리하여 상기 퍼지 출력 스트림을 형성하는 단계, 및 (iii) 하나 이상의 수동 제어식 퍼지 포핏 밸브를 개방하여 퍼지 도관으로부터 상기 내부 영역으로 상기 퍼지 스트림을 통과시키는 단계를 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method of claim 12,
Each of the one or more purge steps includes (i) opening one or more active controlled purge vent poppet valves to direct the purge output stream away from the adsorbent bed, and (ii) exposing the purge stream to the adsorbent bed to Separating at least a portion of the one or more contaminants from the adsorbent bed to form the purge output stream, and (iii) opening one or more manually controlled purge poppet valves to pass the purge stream from the purge conduit to the inner region. The process for removing contaminants, comprising. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 제어식 생성물 밸브를 개방시키는 단계는 상기 하나 이상의 능동 제어식 공급물 포핏 밸브를 개방하기 위한 시간 간격의 적어도 80% 내에 있는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
The step of opening the one or more passively controlled product valves is within at least 80% of the time interval for opening the one or more active controlled feed poppet valves, the process for removing contaminants. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계 후에 하나 이상의 가열 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 가열 단계 각각은 가열 스트림을 상기 흡착제 베드 내로 가열 온도로 통과시키는 단계를 포함하는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
Further comprising performing one or more heating steps after performing the one or more adsorption steps, each of the one or more heating steps comprising passing a heating stream into the adsorbent bed at a heating temperature, contaminants. Process for removal. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 가스 공급물 스트림은 상기 공급물 스트림의 총 부피에 기초하여 1 부피% 초과의 탄화수소를 갖는 탄화수소 함유 스트림인, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
Wherein the gas feed stream is a hydrocarbon-containing stream having more than 1% by volume of hydrocarbons based on the total volume of the feed stream. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 가스 공급물 스트림은 50 bara(bar absolute) 내지 150 bara 범위 내의 공급 압력 및 0 ℉ 내지 200 ℉ 범위 내의 공급 온도에서 제공되는, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
The gas feed stream is provided at a supply pressure in the range of 50 bara (bar absolute) to 150 bara and a supply temperature in the range of 0°F to 200°F, to remove contaminants. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 주기 지속시간은 2초 초과 180초 미만인, 오염물들을 제거하기 위한 공정.The method according to claim 1 or 4,
The cycle duration is greater than 2 seconds and less than 180 seconds, a process for removing contaminants. 가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 스윙 흡착 시스템으로서, 상기 스윙 흡착 시스템은:
스윙 흡착 공정에서 가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 분리하고 생성물 스트림을 배출하도록 구성된 흡착제 베드 유닛을 포함하고, 상기 흡착제 베드 유닛은:
내부 영역을 형성하는 하우징;
상기 내부 영역 내에 배치된 흡착제 베드;
하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브로서, 상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브 각각은 상기 내부 영역과 상기 내부 영역 외부의 제 1 위치 사이에서 상기 능동 제어식 포핏 밸브를 통해 상기 하우징 내의 개구를 통해서 제 1 유체 유동 통로를 제공하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브; 및
하나 이상의 수동 제어식 밸브로서, 상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브 각각은 상기 내부 영역과 상기 내부 영역 외부의 제 2 위치 사이에서 상기 수동 제어식 밸브를 통해 상기 하우징 내의 개구를 통해서 제 2 유체 유동 통로를 제공하도록 구성되고 상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브 각각은 상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브 중 적어도 하나와 동 위상으로 작동되는, 상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브;를 포함하고,
상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브 각각은 능동 디스크 요소에 결합된 능동 밸브 스템을 포함하고,
상기 스윙 흡착 시스템은,
상기 능동 밸브 스템들에 고정된 리프트 플레이트; 및
상기 리프트 플레이트에 결합된 작동 기구로서, 상기 작동 기구는 복수의 능동 개구들을 제공하도록 구성되며, 상기 복수의 능동 개구들 각각은 상기 능동 디스크 요소와 상기 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 관련 능동 시트 사이에 능동 갭을 형성하는, 상기 작동 기구;를 추가로 포함하는, 스윙 흡착 시스템.A swing adsorption system for removing contaminants from a gas feed stream, the swing adsorption system comprising:
An adsorbent bed unit configured to separate contaminants from the gas feed stream and discharge the product stream in a swing adsorption process, the adsorbent bed unit comprising:
A housing forming an inner region;
An adsorbent bed disposed within the inner region;
One or more active controlled poppet valves, each of the one or more active controlled poppet valves passing a first fluid flow passage through an opening in the housing through the active controlled poppet valve between the inner region and a first location outside the inner region. The one or more active controlled poppet valves, configured to provide; And
One or more manually controlled valves, each of the one or more manually controlled valves configured to provide a second fluid flow passage through an opening in the housing through the manually controlled valve between the inner region and a second position outside the inner region. And each of the one or more passively controlled valves includes the one or more passively controlled valves operated in phase with at least one of the one or more actively controlled poppet valves.
Each of the one or more active controlled poppet valves includes an active valve stem coupled to an active disk element,
The swing adsorption system,
A lift plate fixed to the active valve stems; And
An actuating mechanism coupled to the lift plate, wherein the actuating mechanism is configured to provide a plurality of active openings, each of the plurality of active openings being between the active disk element and the associated active seat fixed to the housing of the adsorbent bed unit. A swing adsorption system, further comprising: an actuating mechanism to form an active gap. 제 19 항에 있어서,
상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브 각각은 상기 흡착제 베드에 직접 인접하여 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역 내에 배치되는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 19,
The swing adsorption system, wherein each of the one or more active controlled poppet valves is disposed directly within the adsorbent bed and within an interface cross-sectional area of the adsorbent bed. 삭제delete 삭제delete 제 19 항에 있어서,
상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브는 제 1 능동 제어식 포핏 밸브 및 제 2 능동 제어식 포핏 밸브를 포함하고, 상기 제 1 능동 제어식 포핏 밸브는 상기 제 2 능동 제어식 포핏 밸브와 관련된 제 2 개구를 통해 제 2 유동 경로를 제공하기 전에 제 1 능동 개구를 통한 스트림을 위한 제 1 공급물 유동 경로를 제공하도록 구성되는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 19,
The one or more active controlled poppet valves include a first active controlled poppet valve and a second active controlled poppet valve, wherein the first active controlled poppet valve flows through a second opening associated with the second active controlled poppet valve A swing adsorption system configured to provide a first feed flow path for the stream through the first active opening prior to providing the path. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브는 상기 흡착제 베드로부터 멀어지게 상기 능동 디스크 요소를 이동시키도록 구성되어 상기 능동 디스크 요소와 상기 관련 능동 시트 사이에 갭을 형성하는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 19 or 20,
And the one or more active controlled poppet valves are configured to move the active disk element away from the adsorbent bed to form a gap between the active disk element and the associated active seat. 제 19 항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브 각각은 적어도 하나의 수동 밸브 스템과 관련된 편향 기구를 추가로 포함하고, 상기 편향 기구는 상기 적어도 하나의 수동 밸브 스템과 결합된 수동 디스크 요소와 상기 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 수동 시트 사이에 수동 개구를 제공하도록 구성되는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 19,
Each of the one or more manually controlled valves further includes a deflection mechanism associated with at least one manual valve stem, the deflection mechanism being secured to a housing of the adsorbent bed unit and a passive disc element associated with the at least one manual valve stem. A swing adsorption system, configured to provide a passive opening between the passive seats. 제 25 항에 있어서,
상기 편향 기구는 상기 내부 영역과 도관 사이에서 특정 임계치를 초과하는 압력 차에 기초하여 선형 이동하도록 구성되는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 25,
The deflection mechanism is configured to move linearly based on a pressure difference exceeding a certain threshold between the inner region and the conduit. 제 25 항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브는 상기 수동 디스크 요소를 상기 흡착제 베드로부터 멀어지게 이동시키도록 구성되어 상기 수동 디스크 요소와 상기 수동 시트 사이에 갭을 형성하는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 25,
And the one or more manually controlled valves are configured to move the passive disk element away from the adsorbent bed to form a gap between the passive disk element and the passive seat. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브는 리드 밸브(reed valve)를 포함하는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 19 or 20,
The one or more manually controlled valves include a reed valve, a swing adsorption system. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 하우징은 본체 부분에 고정된 제 1 헤드 및 제 2 헤드를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 능동 제어식 포핏 밸브 및 상기 하나 이상의 수동 제어식 밸브는 상기 제 1 헤드 및 상기 제 2 헤드 중 하나에 고정되는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 19 or 20,
The housing further includes a first head and a second head fixed to the body portion, and the one or more active controlled poppet valves and the one or more passively controlled valves are fixed to one of the first head and the second head , Swing adsorption system. 제 29 항에 있어서,
상기 제 1 헤드는 다른 구획부들로부터 상이한 구획부들 내의 유체들을 격리시키기 위해 구조적 요소에 의해 형성된 복수의 구획부들을 갖는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 29,
Wherein the first head has a plurality of compartments formed by structural elements to isolate fluids in different compartments from other compartments. 제 30 항에 있어서,
상기 구조적 요소는 상기 제 1 헤드를 통해 방사상으로 형성되는, 스윙 흡착 시스템.The method of claim 30,
Wherein the structural element is formed radially through the first head. 제 30 항에 있어서,
상기 구조적 요소는 상기 제 1 헤드를 통해 원형으로 형성되는, 스윙 흡착 시스템.
The method of claim 30,
Wherein the structural element is formed circularly through the first head.
KR1020187013930A 2015-10-27 2016-10-04 Devices and systems for related swing adsorption processes with active controlled feed poppet valves and passively controlled product valves KR102119378B1 (en)

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